本發(fā)明屬于光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種激光器用稀土摻雜光纖。

背景技術(shù)：

光纖激光器是一種利用光纖作為激光增益介質(zhì)的激光器，通過在光纖石英基質(zhì)中摻雜不同的稀土離子，得到不同波段的激光輸出。光纖激光器因具有光束質(zhì)量高，比表面積大散熱好，轉(zhuǎn)換效率高，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，易于維護(hù)，已經(jīng)在工業(yè)加工，醫(yī)療，軍事以及通信等多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

早期使用的都是單包層稀土摻雜光纖，要求泵浦光直接注入到纖芯中，當(dāng)泵浦功率逐漸增加的時(shí)候，通常只有幾十μm的纖芯很難進(jìn)一步提高泵浦光注入效率和功率，在傳統(tǒng)的光纖純石英包層的外面涂覆一定厚度的低折射率涂料，其折射率從1.3到1.4，可以注入更多的多模泵浦光，目前采用該設(shè)計(jì)方案的雙包層光纖，尤其是摻鐿雙包層光纖，包層直徑達(dá)400μm以上，更大的達(dá)到600μm甚至800μm，可以實(shí)現(xiàn)單纖激光輸出數(shù)千瓦，甚至達(dá)萬(wàn)瓦級(jí)別。而其他稀土摻雜光纖，如摻銩，鉺等雙包層光纖也能達(dá)到數(shù)千瓦的激光輸出。

同時(shí)這種雙包層光纖，通過向包層注入多模泵浦光，在低na和小尺寸的摻稀土纖芯(通常纖芯大小10μm或者20μm)中轉(zhuǎn)換為模式更好、功率更高的特定波長(zhǎng)的激光。為了獲得更高的激光轉(zhuǎn)換效率，其石英包層往往采用非圓形的截面，從而破壞對(duì)稱形，使得更多泵浦光注入纖芯，從而被纖芯吸收轉(zhuǎn)換為需要的激光輸出。雙包層光線中，以純石英玻璃為內(nèi)包層，以摻氟丙烯酸樹脂涂料為外包層。由于摻氟丙烯酸樹脂涂料具有超低的折射率(折射率在1.3左右)，注入到內(nèi)包層的泵浦光在內(nèi)包層與外包層界面處發(fā)生全反射。但界面并不是完全的鏡面，同時(shí)有部分的泵浦光會(huì)以倏逝波的形式在摻氟丙烯酸樹脂中傳播，當(dāng)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的激光輻射時(shí)，過高的溫度、激光輻射以及水汽的侵入都會(huì)使得低折射率涂料發(fā)生老化，尤其在高功率激光器中，該老化速度將加快。當(dāng)?shù)驼凵渎释繉影l(fā)生老化時(shí)，其絕對(duì)折射率會(huì)升高、與玻璃包層的附著力會(huì)降低，同時(shí)出現(xiàn)剝離脫落、產(chǎn)生微裂紋等情況，影響了光纖的增益性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏光，使光纖燒毀，甚至損壞掉光纖激光器的其他器件，包括合束器，泵浦元，隔離器等。

同時(shí)，將非對(duì)稱的光纖預(yù)制棒拉制成符合要求的光纖難度較大，現(xiàn)有的技術(shù)條件下光纖的幾何控制難以控制，尤其是絲徑的控制和拉絲張力的測(cè)量都出現(xiàn)不穩(wěn)定性，絲徑的波動(dòng)帶來光纖熔接損耗，張力的波動(dòng)會(huì)造成光纖的強(qiáng)度變差、損耗變大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種激光用稀土摻雜光纖，其目的在于通過在石英包層和低折射率的有機(jī)涂料包層之間加入折射率較低的石英包層，由此解決目前激光用稀土摻雜光纖涂料容易老化導(dǎo)致激光器壽命較短的問題、同時(shí)解決非圓形預(yù)制棒拉絲絲徑與張力波動(dòng)導(dǎo)致光纖參數(shù)差異較大的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種稀土摻雜光纖，所述光纖由內(nèi)至外包括摻雜纖芯、第一石英包層、第二石英包層、以及有機(jī)涂料包層；

所述第二石英包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑在0.1至0.24之間；

所述有機(jī)涂料包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑大于或等于0.35。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其摻雜纖芯和所述第一石英包層的截面面積比在1:6-1600之間。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其第一石英包層和所述第二石英包層的截面面積比在3-50:1之間。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其第二石英包層為摻氟石英層。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其第二石英包層截面外形呈圓形，且與所述摻雜纖芯呈幾何同心。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其第一石英包層為純石英包層。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其第一石英包層截面外形為非圓形。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其第一石英包層截面外形呈4d、d型、八邊形、六邊形、梅花型、正方形、或長(zhǎng)方形。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其摻雜纖芯相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑在0.06至0.25之間，摻雜纖芯半徑在2.5μm至200μm之間。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其有機(jī)涂料包層厚度在20μm至40μm之間。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于，能夠取得下列有益效果：

本發(fā)明提供激光用稀土摻雜光纖，通過在原有稀土摻雜光纖基礎(chǔ)之上，在純石英包層和有機(jī)涂料包層之間增加一層低折射率的石英包層，如摻氟石英層并摸索了折射率和幾何尺寸參數(shù)，使得纖芯、第一石英層包層和第二石英包層形成折射率“陷阱”，從而保證注入更多的泵浦光，具備了目前雙包層光纖的應(yīng)用特點(diǎn)，可直接應(yīng)用于現(xiàn)有的激光器；同時(shí)第一石英包層、第二適應(yīng)包層和有機(jī)涂料包層折射率梯度下降，大幅降低了有機(jī)涂料包層的漏光，激光器大功率工作時(shí)，泵浦光被限制在光纖內(nèi)部，有機(jī)涂層壽命得到大幅增加，同時(shí)能避免燒毀激光器其他元件，從而提高光纖的激光承受功率，提高長(zhǎng)期工作的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，避免意外損耗。

優(yōu)選方案，本發(fā)明稀土摻雜光纖提供第二石英包層截面外形為圓形，能提高熔接的一致性。由于現(xiàn)有的光纖熔接機(jī)均為通信的圓形光纖設(shè)計(jì)的，尤其是擱置光纖的v槽，非圓對(duì)稱光纖放置在v槽的角度不一樣，光纖的纖芯和包層的角度就不同，纖芯放置后的高度和位置都不一致，難以保證每次熔接的一致性。本發(fā)明的三包層光纖玻璃外層為圓形，可以通用通信光纖的熔接機(jī)，顯著提高熔接的一致性，降低對(duì)操作人員和熔接機(jī)的要求。

同時(shí)能提高光纖的端面切割成功率，尤其針對(duì)大直徑的光纖，減少切割次數(shù)，提高效率。由于雙包層光纖玻璃包層一般為非圓形，而現(xiàn)有的光纖切割刀均針對(duì)圓形光纖設(shè)計(jì)，非圓對(duì)稱光纖的棱邊和面在切割時(shí)受力不一樣，切割棱邊時(shí)形成崩邊和缺口的概率更大；本發(fā)明的三包層光纖玻璃外層為圓形，切割時(shí)受力均勻，尤其針對(duì)大直徑光纖對(duì)切割時(shí)優(yōu)化崩邊和缺口有顯著優(yōu)化。

本發(fā)明提供的光纖第二石英包層截面外形為圓形，易于拉制成形，能改善光纖的拉絲絲徑波動(dòng)，由于傳統(tǒng)的雙包層光纖玻璃部分的在拉絲前后都是非圓形，拉絲過程中光纖的扭轉(zhuǎn)將會(huì)使絲徑控制難度增加，本發(fā)明光纖的玻璃外層為圓形，圓形拉絲光纖的絲徑控制相當(dāng)于常規(guī)的通信光纖，更加容易控制，減小絲徑波動(dòng)，提高批次一致性。

附圖說明

圖1至3分別是本發(fā)明實(shí)施例1至3的稀土摻雜光纖結(jié)構(gòu)和折射率剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明第一石英包層外形為非圓對(duì)稱形的稀土摻雜光纖結(jié)構(gòu)示意圖；圖4a為4d第一石英包層；圖4b為d型第一石英包層；圖4c為正方形第一石英包層；圖4d為長(zhǎng)方形第一石英包層；圖4e為梅花型第一石英包層；圖4f為六角形第一石英包層，第二石英包層截面內(nèi)側(cè)形狀呈與第一石英包層剖面外邊界相配合。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的結(jié)構(gòu)，其中：1為纖芯，2為第一石英包層，3為第二石英包層，4為有機(jī)涂料包層，5為外層。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供的激光器用稀土摻雜光纖，如圖1所示，包括由內(nèi)至外包括摻雜纖芯、第一石英包層、第二石英包層、有機(jī)涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑在0.06至0.25之間。其截面優(yōu)選為圓形，其半徑在2.5μm至200μm之間。所述纖芯可摻鍺，鋁，磷，氟等摻雜劑；也可以摻雜稀土離子包括鐿，鉺，銩，鈥，鈰等一種或其多種的組合。

所述第一石英包層，優(yōu)選為純石英層，所述摻雜纖芯和所述第一石英包層的截面面積比在1:3-1600之間。其截面外形與芯層截面外形呈非同心圓，即當(dāng)?shù)谝皇鼘咏孛嫱庑螢閳A形時(shí)，第一石英包層截面外形與芯層截面外形不同心，或者所述第一石英包層截面外形為非圓性。所述第一石英包層截面外形以非圓形為佳，包括對(duì)稱形，如：4d形、八邊形、六邊形、梅花型、正方形、或長(zhǎng)方形；非對(duì)稱形，如d形。所述第一石英包層，采用非圓對(duì)稱形，幾何尺寸遠(yuǎn)大于所述摻雜纖芯，用于約束包層泵浦光，使泵浦光被芯層充分吸收。

所述第二石英包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑在0.1至0.24之間；第二石英包層為摻氟石英層。摻氟石英，能滿足本發(fā)明對(duì)于第二石英包層數(shù)值孔徑的要求，同時(shí)保證泵浦光的傳輸效率，更便于工業(yè)批量生產(chǎn)。所述第二石英包層截面內(nèi)形呈與第一石英包層相配合的非圓對(duì)稱形，例如4d、d型、八邊形、六邊形、梅花型、正方形、或長(zhǎng)方形(如圖4至圖9所示)；其外形呈易于拉制加工的形狀，例如，正方形、圓形。所述第一石英包層和所述第二石英包層的截面面積比在3-50:1之間。所述第二石英包層，用于防止泵浦光泄露至有機(jī)涂料包層，增加光纖的耐熱性從而提高泵浦功率，綜合考慮加工難度、吸收效果、傳輸性能及成本，選擇以上數(shù)值孔徑和幾何尺寸。相對(duì)數(shù)值孔徑較小則幾何尺寸相應(yīng)增加，則成本增加同時(shí)泵浦吸收效果、傳輸性能未見明顯提高，幾何尺寸過小相對(duì)數(shù)值孔徑難以進(jìn)一步提高，無法保證吸收效果、傳輸性能，同時(shí)加工難度急劇上升。

所述有機(jī)涂料包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑大于或等于0.35，其厚度在20μm至40μm之間。

所述外層為樹脂涂層。

本發(fā)明提供的激光器用稀土摻雜光纖，制備方法如下：

(1)將摻雜纖芯用第一石英包層材料包裹，并將其截面加工成預(yù)定外形，獲得預(yù)制棒半成品；可采用以下操作之一：

a、外氣相沉積；

b、氣相軸向沉積；

c、化學(xué)氣相沉積；

d、等離子化學(xué)氣相沉積；

e、熔縮管燒實(shí)包裹。

(2)將步驟(1)中獲得的預(yù)制棒半成品，用第二石英包層材料包裹，并將其截面加工成預(yù)定外形，獲得所述稀土摻雜光纖預(yù)制棒。亦采用以下操作之一：

a、外氣相沉積；

b、氣相軸向沉積；

c、化學(xué)氣相沉積；

d、等離子化學(xué)氣相沉積；

e、熔縮管燒實(shí)包裹。

優(yōu)選采用熔縮管燒實(shí)包裹，具體為：

將待包裹的摻雜纖芯固定在第一石英包層材料的熔縮管內(nèi)或?qū)㈩A(yù)制棒半成品固定在第二石英層材料的熔縮管內(nèi)，進(jìn)行熔縮燒實(shí)。

(3)將步驟(2)中獲得的光纖預(yù)制棒拉制成型，即制得所述稀土摻雜光纖。

以下為實(shí)施例：

實(shí)施例1

一種激光器用稀土摻雜光纖，如圖1所示，包括由內(nèi)至外包括摻雜纖芯、第一石英包層、第二石英包層、有機(jī)涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為在0.06。其截面為圓形，其半徑為25μm之間。所述纖芯摻雜組份為1.2％wtyb2o3，3.5％wtp2o5，3.0％wtal2o3。

所述第一石英包層，為純石英層，截面外形為正八邊形，半徑為182.5μm，所述第一石英包層半徑是指八邊形兩條平行對(duì)邊距離的一半。

所述第二石英包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為0.22；第二石英包層為摻氟石英層，摻氟質(zhì)量百分?jǐn)?shù)5％。所述第二石英包層截面內(nèi)形呈與第一石英包層相配合；其外形呈圓形。所述第二石英包層半徑為200μm。

所述有機(jī)涂料包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為0.47，其厚度為35μm。

所述外層為丙烯酸樹脂涂層，圓形，半徑為275μm，相對(duì)純石英數(shù)值孔徑為0.25。

本實(shí)施例提供的激光器用稀土摻雜光纖，按照如下方法制備：

(1)將摻雜纖芯用第一石英包層材料包裹，并將其截面加工成正八邊形，獲得預(yù)制棒半成品；采用化學(xué)氣相沉積制備；

(2)將步驟(1)中獲得的預(yù)制棒半成品，用第二石英包層材料包裹，并將其截面加工成預(yù)定外形，獲得所述稀土摻雜光纖預(yù)制棒，采用熔縮管燒實(shí)包裹制備。

(3)將步驟(2)中獲得的稀土摻雜光纖預(yù)制棒拉制而成稀土摻雜光纖。

實(shí)施例2

一種激光器用稀土摻雜光纖，如圖2所示，包括由內(nèi)至外包括摻雜纖芯、第一石英包層、第二石英包層、有機(jī)涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為在0.2。其截面為圓形，其半徑為5μm之間。所述纖芯摻雜組份為1.0％wtyb2o3，3.5％wtp2o5，6.2％wtal2o3。

所述第一石英包層，為純石英層，截面外形為正六邊形；半徑為65μm，所述第一石英包層半徑是指六邊形兩條平行對(duì)邊距離的一半。

所述第二石英包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為0.12；第二石英包層為摻氟石英層，摻氟質(zhì)量百分?jǐn)?shù)1.18％。所述第二石英包層截面內(nèi)形呈與第一石英包層相配合；其外形呈圓形。所述第二石英包層半徑為75μm。

所述有機(jī)涂料包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為0.47，其厚度為35μm。

所述外層為丙烯酸樹脂涂層，圓形。

本實(shí)施例提供的激光器用稀土摻雜光纖，按照如下方法制備：

(1)將摻雜纖芯用第一石英包層材料包裹，并將其截面加工成正八邊形，獲得預(yù)制棒半成品；采用化學(xué)氣相沉積制備；

(2)將步驟(1)中獲得的預(yù)制棒半成品，用第二石英包層材料包裹，并將其截面加工成預(yù)定外形，獲得所述稀土摻雜光纖預(yù)制棒，采用熔縮管燒實(shí)包裹制備。

(3)將步驟(2)中獲得的稀土摻雜光纖預(yù)制棒拉制而成稀土摻雜光纖。

實(shí)施例3

一種激光器用稀土摻雜光纖，如圖3所示，包括由內(nèi)至外包括摻雜纖芯、第一石英包層、第二石英包層、有機(jī)涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為在0.1。其截面為圓形，其半徑為100μm之間。所述纖芯摻雜組份為1.0％wtyb2o3，3.5％wtp2o5，4.1％wtal2o3。

所述第一石英包層，為純石英層，截面外形為正八邊形；半徑為200μm，所述第一石英包層半徑是指八邊形兩條平行對(duì)邊距離的一半。

所述第二石英包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為0.20；第二石英包層為摻氟石英層，摻氟質(zhì)量百分?jǐn)?shù)3.96％。所述第二石英包層截面內(nèi)形呈與第一石英包層相配合；其外形呈圓形。所述第二石英包層半徑為1400μm。

所述有機(jī)涂料包層相對(duì)于第一石英包層的數(shù)值孔徑為0.47，其厚度為35μm。

所述外層為丙烯酸樹脂涂層，圓形。

本實(shí)施例提供的激光器用稀土摻雜光纖，按照如下方法制備：

(1)將摻雜纖芯用第一石英包層材料包裹，并將其截面加工成正八邊形，獲得預(yù)制棒半成品；采用化學(xué)氣相沉積制備；

(2)將步驟(1)中獲得的預(yù)制棒半成品，用第二石英包層材料包裹，并將其截面加工成預(yù)定外形，獲得所述稀土摻雜光纖預(yù)制棒，采用熔縮管燒實(shí)包裹制備。

(3)將步驟(2)中獲得的稀土摻雜光纖預(yù)制棒拉制而成稀土摻雜光纖。

本發(fā)明提供的摻雜光纖結(jié)構(gòu)，適用于多種非圓對(duì)稱形的第一石英包層，如圖4所示。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。