一种纵向变径增益光纤的制备方法及增益光纤技术

本发明专利技术提出了一种纵向变径增益光纤的制备方法，包括以下步骤：S1，制备一段包层外径不变、纤芯直径渐变的长锥区锥形光纤；S2，在所述长锥区的两端分别熔接一段辅助光纤；S3，对所述长锥区两端的熔接区进行加热软化，同时反向移动两端的辅助光纤至预设距离，使长锥区两端的直径沿纵向渐缩，在长锥区两端分别形成一段短锥区；S4，切掉两端的辅助光纤，得到纵向变径的增益光纤。本发明专利技术通过在长锥区锥形光纤的两端分别制备一段短锥区，相较于传统的锥形光纤，中间的包层不变纤芯渐变长锥区可以增大光纤的非线性体积长度比从而抑制受激拉曼散射，两端的短锥区可以减少放大过程中激发的高阶模式数并将其泄露出纤芯，进而优化光束质量。进而优化光束质量。进而优化光束质量。

【技术实现步骤摘要】
一种纵向变径增益光纤的制备方法及增益光纤


[0001]本专利技术涉及光纤制备
，尤其涉及一种纵向变径增益光纤的制备方法及增益光纤。

技术介绍

[0002]作为第三代激光器，光纤激光器拥有高效率、高集成度等诸多优点，尤其是掺镱脉冲光纤激光器，小体积、低成本、高功率的特点使其在工业、医疗、军事、国防等领域得到了广泛应用。但光纤中高峰值功率引起的受激拉曼散射限制了脉冲光纤激光器的功率提升，尽管大模场面积光纤使受激拉曼散射得到了抑制，但增大的模场面积又会使光纤中高阶模数量增加，导致光束质量退化。
[0003]对于一根双包层光纤，其“非线性体积长度比”越大，非线性抑制能力越强，常规双包层大模场光纤的非线性体积长度比即等于它的有效模场面积，锥形光纤的非线性体积长度比计算公式为：R＝∫
L
A
eff
dl/L
eff
。相对于传统芯包层尺寸均匀的光纤，锥形光纤更大的非线性体积长度比提升了受激拉曼散射阈值，信号输入端较小的芯包尺寸减小激发的高阶模含量，信号输出端小的芯包尺寸有利于实现更高的光束质量。因此在高功率激光
具有很大的应用价值。
[0004]一般情况下，锥形光纤由于制备工艺的限制，通常将拉锥比控制在2以下，目前常见的拉锥方法是通过对光纤预制棒进行加热拉锥，如果拉锥比过高不仅会大大增加拉丝难度，而且会有拉丝过程中预制棒断裂的危险；导致在高功率激光系统中对受激拉曼散射的抑制效果一般，尤其对光束质量退化的抑制效果不明显。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种纵向变径增益光纤的制备方法及增益光纤，解决了现有技术中锥形光纤在高功率激光系统中对受激拉曼散射抑制效果有限，尤其对光束质量退化抑制效果不明显的技术问题。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供了一种纵向变径增益光纤的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1，制备一段包层外径不变、纤芯直径渐变的长锥区锥形光纤；
[0009]S2，在所述长锥区的两端分别熔接一段辅助光纤；
[0010]S3，对所述长锥区两端的熔接区进行加热软化，同时反向移动两端的辅助光纤至预设距离，使长锥区两端的直径沿纵向渐缩，在长锥区两端分别形成一段短锥区；
[0011]S4，切掉两端的辅助光纤，得到纵向变径的增益光纤。
[0012]本专利技术通过在长锥区锥形光纤的两端分别制备一段短锥区，通过长短锥结合的方式，进一步缩小了有源光纤输入端与输出端的尺寸，可以突破传统预制棒制备以及拉丝工艺对于锥形光纤拉锥比的限制，制得的光纤拉锥比可达到5，可应用于光纤放大器领域，相
较于传统的锥形光纤，中间的包层不变纤芯渐变长锥区可以增大光纤的非线性体积长度比从而抑制受激拉曼散射，两端的短锥区可以减少放大过程中激发的高阶模式数并将其泄露出纤芯，进而优化光束质量。
[0013]作为本专利技术优选地方案，步骤S1中，制备长锥区锥形光纤的方法包括以下步骤：
[0014]S101，在预制棒两端分别熔接一段石英棒；
[0015]S102，将预制棒的拉锥区进行加热软化，反向移动两端的石英棒至预设距离，使软化后的拉锥区的直径沿纵向渐变；
[0016]S103，切掉两端的石英棒，并对拉锥后的预制棒进行打磨，使预制棒的包层外径沿纵向保持一致；
[0017]S104，将打磨后的预制棒进行拉丝、切割，得到包层外径不变、纤芯直径渐变的长锥区锥形光纤。
[0018]通过上述方法制得的长锥区锥形光纤的拉锥比在1～2范围内。
[0019]作为本专利技术优选地方案，步骤S102中，采用喷灯对预制棒的拉锥区进行加热软化，加热时，两端的的石英棒保持同步转动，带动预制棒轴向转动，使得预制棒的受热更加均匀，喷灯的火焰宽度决定加热软化区的宽度，从而决定最终长锥区的长度。
[0020]作为本专利技术优选地方案，步骤S2中，在熔接辅助光纤之前，先剥除长锥区两端对应短锥区长度的涂覆层；所述涂覆层的材料为酯类聚合物，剥除涂覆层一方面是为了后续方便切割光纤，另一方面是为了避免熔接光纤时未剥除的涂覆层软化燃烧，损毁光纤甚至损伤光纤熔接机。
[0021]作为本专利技术优选地方案，步骤S3中，采用激光加热的方式对熔接区进行加热软化；通过激光加热的方式来对熔接区进行加热软化，可以保证精度。
[0022]作为本专利技术优选地方案，步骤S3中，两端辅助光纤的移动速度为0.02mm/s～0.08mm/s，拉锥过程中辅助光纤的移动速度不宜过快，过快会引起光纤抖动导致误差。
[0023]作为本专利技术优选地方案，所述长锥区两端的短锥区分别作为增益光纤的输入端和输出端，输入端的纤芯直径小于输出端的纤芯直径；可以灵活调控光纤的输入端和输出端尺寸，输入端通过尺寸更小的短锥区可以减少激发的模式数目，输出端通过短锥区可以将高阶模泄露出去，进而实现光束质量更好的激光输出。
[0024]作为本专利技术优选地方案，所述短锥区的芯包比沿纵向保持恒定，进一步优化了输入端和输出端的尺寸。
[0025]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种增益光纤，应用上述制备方法制得，包括包层外径不变、纤芯直径渐变的长锥区锥形光纤，所述长锥区的两端各设有一段短锥区锥形光纤。
[0026]本专利技术的增益光纤相较于一般锥形光纤，中间的包层不变纤芯渐变长锥区可以增大光纤的非线性体积长度比从而抑制受激拉曼散射，两端的短锥区可以减少放大过程中激发的高阶模式数并将其泄露出纤芯，进而优化光束质量。
[0027]作为本专利技术优选地方案，所述增益光纤的拉锥比在1～5范围内，通过上述方法制得的增益光纤的拉锥比可达到5，突破了传统预制棒制备以及拉丝工艺对于锥形光纤拉锥比的限制，极大地提升了光纤对于受激拉曼散射的抑制效果。
[0028]有益效果
[0029]与现有技术相比较，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过在长锥区锥形光纤的两端分别制备一段短锥区，通过长短锥结合的方式，进一步缩小了有源光纤输入端与输出端的尺寸，可以突破传统预制棒制备以及拉丝工艺对于锥形光纤拉锥比的限制，制得的光纤拉锥比可达到5，极大地提升了光纤对于受激拉曼散射的抑制效果；相较于传统的锥形光纤，输入端通过尺寸更小的短锥区可以减少激发的模式数目，输出端通过短锥区可以将高阶模泄露出去，进而实现光束质量更好的激光输出。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术一种纵向变径增益光纤的制备方法的流程图；
[0032]图2为本专利技术实施例中在预制棒两端熔接石英棒的过程示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例中预制棒加热拉锥的过程示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纵向变径增益光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，制备一段包层(6)外径不变、纤芯(7)直径渐变的长锥区(5)锥形光纤；S2，在所述长锥区(5)的两端分别熔接一段辅助光纤(8)；S3，对所述长锥区(5)两端的熔接区进行加热软化，同时反向移动两端的辅助光纤(8)至预设距离，使长锥区(5)两端的直径沿纵向渐缩，在长锥区(5)两端分别形成一段短锥区；S4，切掉两端的辅助光纤(8)，得到纵向变径的增益光纤。2.如权利要求1所述的一种纵向变径增益光纤的制备方法，其特征在于，步骤S1中，制备长锥区(5)锥形光纤的方法包括以下步骤：S101，在预制棒(2)两端分别熔接一段石英棒(1)；S102，将预制棒(2)的拉锥区(4)进行加热软化，反向移动两端的石英棒(1)至预设距离，使软化后的拉锥区(4)的直径沿纵向渐变；S103，切掉两端的石英棒(1)，并对拉锥后的预制棒(2)进行打磨，使预制棒(2)的包层(6)外径沿纵向保持一致；S104，将打磨后的预制棒(2)进行拉丝、切割，得到包层(6)外径不变、纤芯(7)直径渐变的长锥区(5)锥形光纤。3.如权利要求2所述的一种纵向变径增益光纤的制备方法，其特征在于，步骤S102中，采用喷灯(3)对预制棒(2)的拉锥区(4)进行加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐中巍，林贤峰，张安军，
申请(专利权)人：武汉长进光子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：