一种能量传输用多芯光纤及其制备方法与流程

本发明涉及特种光纤制造技术和高功率光纤激光，尤其涉及一种能量传输用多芯光纤及其制备方法。

背景技术：

1、激光技术在工业、通信、医学、航空航天、军事和科学研究领域被广泛应用，并促进了各个领域的巨大发展，如激光焊接、激光切割、激光医疗，激光美容，激光祛斑等行业。但是激光器直接产生光束的空间强度通常呈高斯或类高斯分布，能量非常集中，容易将传输介质，如锗掺杂无源光纤、大芯径光纤、方形芯光纤损坏，或者在传输介质中产生非线性效应，造成光束质量的变差或限制激光输出能量的进一步提升。

2、多芯光纤在通信和传感领域应用较广泛，但是应用于通信和传感领域的多芯光纤其纤芯和包层的尺寸小，数值孔径高，其设计并不适用于激光能量的传输。

3、中国专利申请cn116609876a公开了一种异型多模多芯光纤，包括光纤芯层、光纤包层、光纤内涂层、光纤外涂层；所述光纤芯层设有多个；多个所述光纤芯层呈阵列式排布；所述光纤芯层以外的部分采用光纤包层填充；所述光纤包层的外形结构为异形对称结构；所述光纤内涂层包覆在光纤包层外部；所述光纤外涂层包覆在光纤内涂层外部；所述光纤内涂层为折射率n3为1.46～1.48的低模量丙烯酸树脂；所述光纤外涂层为折射率n4为1.48～1.53的高模量丙烯酸树脂，该专利任意两个所述光纤芯层(1)层边间距t1为15～20μm，该间距较长，不利于光纤芯的能量在较短的长度条件下耦合进旁芯进行传输，导致光纤的输出能量较低。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供适用于激光能量的传输用的多芯光纤。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种能量传输用多芯光纤，该光纤是一种可用于高能量激光传输的近芯间距、强耦合多芯光纤，该多芯光纤有效面积大、光损伤阈值高，易于和现有的有源光纤尾纤相连接，可大大提高激光器的输出能量。

3、为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

4、一种能量传输用多芯光纤，由中间芯、旁芯、包层、内涂层、外涂层组成。

5、所述中间芯的数量为1，位于光纤结构的几何中心；所述中间芯采用掺锗石英玻璃或掺氟石英玻璃，通过化学气相沉积法制备。

6、所述旁芯位于数量≥1，环绕中间芯排列，旁芯和中间芯边缘间距≤3µm；小于等于3µm的边缘间距有利于中间芯的能量在较短的长度条件下耦合进旁芯进行传输，从而大幅降低激光在芯子中传输的能量密度。

7、所述包层材料为纯二氧化硅，所述中间芯与旁芯均设置在包层内。

8、所述内涂层为低折射率树脂涂料，所述内涂层涂覆于包层外侧；进一步优选的，所述低折射率树脂涂料为折射率值低于1.44。

9、所述外涂层为树脂涂料，外涂层涂覆于内涂层的外侧。

10、优选的，所述中间芯的直径为15-30µm；进一步优选的，所述中间芯的直径为20µm或25µm。

11、优选的，所述中间芯的数值孔径为0.05-0.08；进一步优选的，所述中间芯的数值孔径为0.065。

12、优选的，所述旁芯的数值孔径、直径与中间芯相同。

13、优选的，所述包层材料为圆形结构，其直径为200-400μm。

14、现有技术中，通信传感领域的光纤纤芯大多在9µm左右，主要传输单模的光信号，包层的外径主要为125μm和160μm，数值孔径为0.1-1.0，光纤纤芯和包层的尺寸小，会导致单位面积功率密度会很高，进而损伤光纤或产生非线性光学效应，另外数值孔径高说明纤芯的掺杂浓度更高，光损耗更高，本发明纤芯的直径在15μm以上，光纤的包层直径在200μm以上，数值孔径为0.05-0.08；较好的避免了上述问题的产生。

15、优选的，所述内涂层数值孔径≥0.46，内涂层的厚度为30-50µm。

16、优选的，所述外涂层的厚度为30-50µm。

17、本发明还公开了上述能量传输用多芯光纤的制备方法，包括如下步骤：

18、s1采用化学气相沉积法制备芯棒；

19、s2将芯棒机械打磨后拉伸成细芯棒，清洗干燥；

20、s3在母棒上打孔后清洗干燥，并将母棒的一端接延长管，一端拉锥；

21、s4将细芯棒插入到打孔母棒的孔中得到预制棒，安装上堵头夹具对预制棒进行密封；

22、s5在拉丝塔上对预制棒进行拉丝，拉丝过程中依次均匀地涂覆内涂层和外涂层材料并进行固化得到所述能量传输用多芯光纤。

23、优选的，所述化学气相沉积法为mcvd、fcvd中的一种。

24、优选的，所述s5步骤拉丝过程中需要对母棒进行抽真空，使得母棒内气压<3mbar。

25、与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

26、1、本发明设置旁芯和中间芯边缘间距≤3微米，有利于中间芯的能量在较短的长度条件下耦合进旁芯进行传输，从而大幅降低激光在芯子中传输的能量密度，进而提高了光纤的输出能量；

27、2、本发明纤芯的直径在15μm以上，光纤的包层直径在200μm以上，数值孔径为0.05-0.08，较好的避免了由于纤芯和包层的尺寸小导致单位面积功率密度会很高，进而损伤光纤或产生非线性光学效应及因数值孔径高说明纤芯的掺杂浓度更高，光损耗更高等问题。

技术特征：

1.一种能量传输用多芯光纤，其特征在于：由中间芯、旁芯、包层、内涂

2.如权利要求1所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述中间芯采

3.如权利要求1所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述包层材料

4.如权利要求1所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述内涂层为

5.如权利要求1或2所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述中间芯的直径为15-30µm。

6.如权利要求1或2所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述中间

7.如权利要求1所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述旁芯的数值孔径、直径与中间芯相同。

8.如权利要求1所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述包层材料为圆形结构，其直径为200-400μm。

9.如权利要求1所述的能量传输用多芯光纤，其特征在于：所述内涂层数值孔径≥0.46，内涂层的厚度为30-50µm。

10.如权利要求1-9任一项所述的能量传输用多芯光纤的制备方法，其特征

技术总结
本发明提出了一种能量传输用多芯光纤及其制备方法，涉及特种光纤制造技术和高功率光纤激光技术领域。所述多芯光纤由中间芯、旁芯、包层、内涂层、外涂层组成，本发明纤芯的直径在15μm以上，光纤的包层直径在200μm以上，较好的避免了现有技术中应用于通信和传感领域的多芯光纤其纤芯和包层的尺寸小，数值孔径高的设计不适用于激光能量的传输缺陷。

技术研发人员：余倩卿,张君,黄青松,孙谦,徐江河,廉正刚,皮亚斌
受保护的技术使用者：武汉长盈通光电技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29