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，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候，通常只有幾十μm的纖芯很難進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)計方案的雙包層光纖，尤其是摻鐿雙包層光纖，包層直徑達400μm以上，更大的達到600μm甚至800μm，可以實現(xiàn)單纖激光輸出數(shù)千瓦，甚至達萬瓦級別。而其他稀土摻雜光纖，如摻銩，鉺等雙包層光纖也能達到數(shù)千瓦的激光輸出。

同時這種雙包層光纖，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，同時有部分的泵浦光會以倏逝波的形式在摻氟丙烯酸樹脂中傳播，當(dāng)經(jīng)過長時間的激光輻射時，過高的溫度、激光輻射以及水汽的侵入都會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，其絕對折射率會升高、與玻璃包層的附著力會降低，同時出現(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)重時會出現(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，將非對稱的光纖預(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量都出現(xiàn)不穩(wěn)定性，絲徑的波動帶來光纖熔接損耗，張力的波動會造成光纖的強度變差、損耗變大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，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、同時解決非圓形預(yù)制棒拉絲絲徑與張力波動導(dǎo)致光纖參數(shù)差異較大的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，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、以及有機涂料包層；

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

所述有機涂料包層相對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、或長方形。

優(yōu)選地，所述稀土摻雜光纖，其摻雜纖芯相對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，可直接應(yīng)用于現(xiàn)有的激光器；同時第一石英包層、第二適應(yīng)包層和有機涂料包層折射率梯度下降，大幅降低了有機涂料包層的漏光，激光器大功率工作時，泵浦光被限制在光纖內(nèi)部，有機涂層壽命得到大幅增加，同時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，提高長期工作的可靠性，延長使用壽命，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)有的光纖熔接機均為通信的圓形光纖設(shè)計的，尤其是擱置光纖的v槽，非圓對稱光纖放置在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，顯著提高熔接的一致性，降低對操作人員和熔接機的要求。

同時能提高光纖的端面切割成功率，尤其針對大直徑的光纖，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圓形光纖設(shè)計，非圓對稱光纖的棱邊和面在切割時受力不一樣，切割棱邊時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，切割時受力均勻，尤其針對大直徑光纖對切割時優(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，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，提高批次一致性。

附圖說明

圖1至3分別是本發(fā)明實施例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為有機涂料包層，5為外層。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實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)明各個實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、有機涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對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，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，包括對稱形，如：4d形、八邊形、六邊形、梅花型、正方形、或長方形；非對稱形，如d形。所述第一石英包層，采用非圓對稱形，幾何尺寸遠大于所述摻雜纖芯，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)明對于第二石英包層數(shù)值孔徑的要求，同時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稱形，例如4d、d型、八邊形、六邊形、梅花型、正方形、或長方形(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。相對數(shù)值孔徑較小則幾何尺寸相應(yīng)增加，則成本增加同時泵浦吸收效果、傳輸性能未見明顯提高，幾何尺寸過小相對數(shù)值孔徑難以進一步提高，無法保證吸收效果、傳輸性能，同時加工難度急劇上升。

所述有機涂料包層相對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、熔縮管燒實包裹。

優(yōu)選采用熔縮管燒實包裹，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)，進行熔縮燒實。

(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。

以下為實施例：

實施例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、有機涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對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邊距離的一半。

所述第二石英包層相對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。

所述有機涂料包層相對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，相對純石英數(shù)值孔徑為0.25。

本實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、有機涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對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邊距離的一半。

所述第二石英包層相對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。

所述有機涂料包層相對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、有機涂料包層、以及外層；

所述摻雜纖芯，相對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邊距離的一半。

所述第二石英包層相對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。

所述有機涂料包層相對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、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。