[发明专利]一种双包层有源光纤及其制备方法

说明书

本发明涉及一种双包层有源光纤，其截面结构由内向外依次为纤芯、包层、内涂层、外涂层，所述包层内设置有四个填充区域，四个填充区域对称设置在所述纤芯两侧，所述内涂层为低折射率内涂层，所述外涂层为丙烯酸树脂高模量外涂层，所述纤芯相对包层的折射率差Δ1为0.0010‑0.0015，所述填充区域相对包层的折射率差Δ2为‑0.0080～‑0.0120。本发明四个填充区域的引入可抑制了螺旋光的形成和传输，增大包层泵浦吸收，且四个填充区域的引入属于一次成型，步骤简单可实施性强，且成本低，对于批量化生产具备优势。且内包层可设计为圆形，大大提高了有源光纤与无源光纤的匹配性和相容性，以及有源光纤制备过程中的几何控制精度，从而降低熔接损耗。

技术领域

本发明涉及一种双包层有源光纤及其制造方法。属于光纤技术领域。

背景技术

光纤激光器由于体积小、散热好，以及稳定性高、光束质量好、斜效率高等显著优势，逐步成为了激光器产业中的主导力量，并一直备受该领域学者、工程技术人员的关注，目前已广泛应用于工业加工、武器装备和医疗器械等方面。其中作为掺镱有源光纤激光器中最重要部件的大模场双包层镱掺杂有源光纤，其结构及成分的设计对光纤激光器的性能至关重要。

吸收系数是掺镱有源光纤性能中的一项重要指标，吸收系数的高低决定了光纤激光器中掺镱有源光纤的长度，低的吸收系数会增加有源光纤的实际使用长度，导致高功率下激光器的严重非线性效应，降低光纤斜效率。而相对的，较高的吸收系数会有效降低掺镱光纤的使用长度，提高激光器输出效率。

现有的掺镱有源光纤，主要通过两种方法提高光纤的包层吸收系数，一种则是通过提高掺杂的镱离子浓度达到提高包层吸收系数的目的，但是该种方法会造成光纤光致暗化现象明显。因此，在保持纤芯掺杂浓度不变的前提下，如何提高包层泵浦吸收，已成为目前亟待解决的问题。另一种是改变石英玻璃内包层的几何结构，通过机械加工的方法，将外层石英玻璃加工成D型或者八边形以减少包层泵浦光是以螺旋光的形式传输，提高泵浦光通过芯层的概率，达到提高包层吸收的目的。目前八边形双包层有源光纤是制作大功率光纤激光器的主流光纤设计。

常规的双包层有源光纤为了减少螺旋光，提高包层泵浦吸收，采用异型包层设计，这种设计使得有源光纤与无源光纤熔接较难，而且机械加工容易引入附加的偏心度，会增加熔接损耗，降低光束质量。此外，异形光纤在拉丝过程中的几何尺寸控制也较为困难。

中国专利201710225014.7发明了一种圆形双包层有源光纤，在内包层内设置有多个填充区域，且填充物的折射率低于内包层的折射率，降低了包层的有效波导面积，大大抑制了螺旋光的形成和传输，提高的包层光经过纤芯的速率，增大包层泵浦吸收，由于螺旋光的抑制不再需要非圆的光纤外形，使得圆形有源光纤成为可能，大大提高了有源光纤与无源光纤的匹配性和相容性，以及有源光纤制备过程中的几何控制精度，从而降低熔接损耗，增加激光器的效率和可靠性。然而，该方法多个填充区域的引入非一次成型，需要制备多根折射率低于内包层的预制棒，且需要对母棒进行多次打孔，该方法要求设备精度较高，且步骤繁琐，成本高，品控要求高，对于批量化生产不具备优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种双包层有源光纤，在内包层内设置有四个填充区域，且填充物的折射率低于内包层的折射率，可抑制了螺旋光的形成和传输，增大包层泵浦吸收，且四个填充区域的引入属于一次成型，步骤简单可实施性强，且成本低，对于批量化生产具备优势。由于四个填充区域的引入可抑制了螺旋光，内包层可设计为圆形，大大提高了有源光纤与无源光纤的匹配性和相容性，以及有源光纤制备过程中的几何控制精度，从而降低熔接损耗。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种双包层有源光纤，其截面结构由内向外依次为纤芯、包层、内涂层、外涂层，所述包层内设置四个填充区域，四个填充区域对称设置在所述纤芯的上下左右位置，所述内涂层的模量小于所述外涂层的模量，所述纤芯相对包层的折射率差Δ1为0.0010-0.0015，所述四个填充区域应力区相对包层的折射率差Δ2为-0.0080～-0.0120。