一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種大芯徑傳能石英光纖，尤其是涉及一種具有濾波環結構的大芯 徑傳能石英光纖，該大芯徑傳能石英光纖具有較高的光纖端面激光耦合效率和良好的傳 輸效率，屬于光纖激光技術領域。
【背景技術】
[0002] 大芯徑多模傳能光纖可以在三維復雜空間內靈活安全的傳輸較高的激光能量，能 將高功率激光傳送到特定的位置，起到簡化光路系統和提升激光系統應用工作平臺靈活性 的作用，已被廣泛的應用于軍事、激光加工、醫療、傳感、照明等眾多領域。相對于纖芯直徑 不大于l〇ym的單模光纖而言，纖芯直徑大于80ym的大芯徑石英光纖是用于傳輸中高 功率能量的良好材料。大芯徑石英光纖具有較大的數值孔徑、較大的纖芯直徑，非常有利于 能量光的耦合及傳輸； 純硅芯的材料結構使得光纖具有較高的能量損傷閾值，在中國專利201010606651. 7 中，描述了一種用于照明傳能的大芯徑石英光纖，該光纖纖芯直徑在400ym左右，采用純 石英玻璃芯層材料結構；在該專利中，沒有說明該發明光纖如何能夠減少高斯型激光光斑 與光纖芯層耦合時的光功率泄露。
[0003] 在中國專利201410591146. 8中，描述了一種簡單階梯型折射率分布，純石英或摻 氟石英芯層大芯徑石英傳能光纖；該專利中，同樣沒有考慮芯層折射率的正摻雜控制與光 纖纖芯耦合損失的因素。
[0004] 在中國專利201310435892. 3中，描述了一種芯層摻鍺并且具有漸變折射率剖面 的大芯徑彎曲不敏感多模光纖，該光纖通過折射率下陷的包層來提高光纖的抗彎曲性能； 但采用漸變折射率芯層設計，會導致傳輸的光斑的聚焦作用，輸出端的光斑的激光能量會 會聚到光纖芯層的中心區域，造成傳輸的失真。
[0005] 綜上所述，目前市面上常規的大芯徑傳能石英光纖在傳輸過程中無法解決光斑的 聚焦作用以及因此造成的傳輸失真問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服上述不足，提供一種具有較高的光纖端面激光耦合效率和 良好的傳輸效率的濾波環結構大芯徑傳能石英光纖。
[0007] 本發明的目的是這樣實現的： 一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，所述光纖包含有位于中心的芯層，所述芯層外 依次包裹有內包層、濾波環層、外包層和涂覆層；且外包層的折射率 < 內包層的折射率<濾 波環層的折射率小于芯層的折射率。
[0008] 本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，上述芯層與純石英材料的相對折射 率差A1G(-〇?l%，〇. 5%); 上述內包層與純石英材料的相對折射率差A2G(-1. 2%，-0. 9%); 上述濾波環層與純石英材料的相對折射率差A3G(-〇. 6%，-0. 2%); 上述外包層與純石英材料的相對折射率差A4G(-1. 4%，-1. 0%)。
[0009] 本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，所述芯層為摻鍺和氟玻璃層，所述 內包層為摻氟玻璃層，所述濾波環層為摻鍺和氟玻璃層，所述外包層為摻硼和氟玻璃層。
[0010] 本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，所述芯層的直徑D1G(80um， lOOOum)，所述內包層的直徑D2G(88um，llOOum)，所述濾波環層的直徑D3G(l〇〇um， 1400um)，所述外包層的直徑D4G(125um，1500um)。
[0011] 本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，內包層直徑與芯層直徑的比值D2/ D1G( 1.05,1.1)，濾波環層直徑與芯層直徑的比值D3/D1G( 1.2,1.4)，外包層直徑與芯 層直徑的比值D4/D1G(1.3，1.5)。
[0012] 本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，所述涂覆層為摻雜丙烯酸樹脂材 料。
[0013] 與現有技術相比，本發明的有益效果是： 1、摻鍺和氟玻璃芯的芯層材料，具有較高的粘度匹配，降低芯層內的應力和芯層/內 包層界面的應力，階梯型折射率分布有利于芯層激光能量的均勻散布，提高石英光纖的激 光能量損傷閾值，適合于較高功率的激光能量的傳輸；2、深摻氟的內包層，使得光纖具有較 高的數值孔徑，有利于激光能量的耦合以及傳輸；3、摻鍺和氟的濾波環層，其折射率較高， 這樣，匹配激光光斑能量高斯分布，使得激光光斑與光纖芯層耦合過程中泄露的部分高斯 光能量被濾波環層高效率地收集，防止泄露的激光能量再往外擴散，造成涂覆層的高溫損 傷；4、外包層通過摻硼和氟，其折射率得到再次降低，這樣，將對內層已經很低幾率可能泄 露出來的激光能量進行強約束，更加有利于將激光能量約束在內層部分傳輸，阻止功率在 傳輸過程中向涂覆層的泄漏。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖的結構示意圖。
[0015] 圖2為本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖的光纖波導結構示意圖和激 光尚斯光束包絡不意圖。
[0016]其中： 芯層101、內包層102、濾波環層103、外包層104、涂覆層105、高斯分布106。
【具體實施方式】
[0017] 參見圖1和圖2,本發明涉及的一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，所述光纖包 含有位于中心的芯層101，所述芯層101外依次包裹有內包層102、濾波環層103、外包層 104和涂覆層105 ;且外包層104的折射率< 內包層102的折射率<濾波環層103的折射率 小于芯層101的折射率； 上述芯層101與純石英材料的相對折射率差A1G(-〇. 1%，〇. 5%); 上述內包層102與純石英材料的相對折射率差A2G(-1. 2%，-0. 9%); 上述濾波環層103與純石英材料的相對折射率差A3G(-〇. 6%，-0. 2%); 上述外包層104與純石英材料的相對折射率差A4G(-1. 4%，-1. 0%); 具體的講，摻雜劑會改變石英玻璃的相對折射率；如鍺（Ge)、氯（Cl)、磷（P)等摻雜劑 可以使得摻雜后的石英玻璃的相對折射率為正值，我們稱之為"正摻雜劑"，而氟（F)、硼 (B)等摻雜劑可以使得摻雜后的石英玻璃的相對折射率為負值，我們稱之為"負摻雜劑";如 果同時使用一種"正摻雜劑"和一種"負摻雜劑"對石英玻璃進行摻雜，則摻雜后的石英玻 璃的相對折射率可以為正值或者負值，或者為〇 ;因此，所述芯層101為摻鍺和氟玻璃層，所 述內包層102為摻氟玻璃層，所述濾波環層103為摻鍺和氟玻璃層，所述外包層104為摻硼 和氟玻璃層；摻鍺和氟的濾波環層103,其折射率較高，從而可以匹配激光光斑能量高斯分 布106,使得激光光斑與光纖芯層耦合過程中泄露的部分高斯光能量被濾波環層高效率地 收集，防止泄露的激光能量再往外擴散，造成涂覆層的高溫損傷； 并且，對于其具體尺寸，所述芯層101的直徑D1G(80um，1000um)，所述內包層102的 直徑D2G(88um，llOOum)，所述濾波環層103的直徑D3G(l〇〇um，1400um)，所述外包層104 的直徑D4G(125um，1500um);尤其需要注意的是：各層之間的直徑關系需要滿足：內包層 102直徑與芯層101直徑的比值D2/D1G( 1.05,1. 1)，濾波環層103直徑與芯層101直徑 的比值03/1)1￡(1.2，1.4)，外包層104直徑與芯層101直徑的比值04/1)1￡(1.3，1.5) ; 同時，所述涂覆層105為摻雜丙烯酸樹脂材料； 本發明涉及一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖的制作方法，其制作方法為：首選通 過PCVD工藝、MCVD工藝、0VD工藝或VAD工藝制造芯棒；然后通過等離子體外噴工藝、套 管工藝或0VD工藝完成整個預制棒的制造；隨后進行拉絲工藝，并在拉絲過程中涂覆丙烯 酸樹脂材料構成涂覆層；最后通過紫外固定進行固化，并利用NR-9200設備（EXF0)對光纖 折射率剖面進行檢測； 下表1為七例具體實施例： 表1 :
【主權項】
1. 一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，所述光纖包含有位于中心的芯層（101)，其 特征在于：所述芯層（101)外依次包裹有內包層（102)、濾波環層（103)、外包層（104)和涂 覆層（105);且外包層（104)的折射率< 內包層（102)的折射率<濾波環層（103)的折射率 小于芯層（101)的折射率。
2. 如權利要求1所述一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，其特征在于：上述芯層 (101)與純石英材料的相對折射率差AIG(-〇. 1%，〇. 5%); 上述內包層（102)與純石英材料的相對折射率差A 2 G (-1. 2%，-0. 9%); 上述濾波環層（103)與純石英材料的相對折射率差A 3 G (-〇. 6%，-0. 2%); 上述外包層（104)與純石英材料的相對折射率差A4 G (-1. 4%，-1. 0%)。
3. 如權利要求2所述一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，其特征在于：所述芯層 (101)為摻鍺和氟玻璃層，所述內包層（102)為摻氟玻璃層，所述濾波環層（103)為摻鍺和 氟玻璃層，所述外包層（104)為摻硼和氟玻璃層。
4. 如權利要求1所述一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，其特征在于：所述芯層 (101)的直徑 Dl G (80um，1000um)，所述內包層（102)的直徑 D2 G (88um，1100um)，所述 濾波環層（103)的直徑03￡(10011111，140011111)，所述外包層（104)的直徑04￡(12511111， 1500um)〇
5. 如權利要求4所述一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，其特征在于：內包層（102) 直徑與芯層（101)直徑的比值D2/D1 G (1.05,1. 1)，濾波環層（103)直徑與芯層（101)直 徑的比值D3/D1 G (1. 2,1.4)，外包層（104)直徑與芯層（101)直徑的比值D4/D1 G (1. 3， 1. 5)〇
6. 如權利要求1~5中的任一項所述一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，其特征在 于：所述涂覆層（105)為摻雜丙烯酸樹脂材料。
【專利摘要】本發明涉及一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，所述光纖包含有位于中心的芯層（101），所述芯層（101）外依次包裹有內包層（102）、濾波環層（103）、外包層（104）和涂覆層（105）；且外包層（104）的折射率＜內包層（102）的折射率＜濾波環層（103）的折射率小于芯層（101）的折射率。本發明一種濾波環結構大芯徑傳能石英光纖，具有較高的光纖端面激光耦合效率和良好的傳輸效率。
【IPC分類】G02B6-036
【公開號】CN104849802
【申請號】CN201510231853
【發明人】趙霞, 劉禮華, 周震華, 蘇武, 馮術娟, 黃本華, 候樹虎, 趙軒
【申請人】江蘇法爾勝光電科技有限公司, 江蘇法爾勝泓昇集團有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月9日