阅读说明：本技术 一种高功率激光传输微结构光纤 (High-power laser transmission microstructure optical fiber ) 是由 夏长明 刘建涛 周桂耀 侯峙云 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高功率激光传输微结构光纤,属于微结构光纤技术领域。本微结构光纤包括纤芯,纤芯由纯石英材料制成,纤芯上包覆有第一包层,第二包层由纯石英材料制成,第一包层上包覆有第二包层,第二包层上包覆有空气包层。本微结构光纤的空气包层及第一包层可以将光约束在纤芯中而不从光纤中泄露出来,从而有效降低光纤的弯曲损耗,防止激光泄露。同时可以有效进行远距离激光传输,适应不同加工环境和区域,有效推广传能光纤在各领域的应用。(The invention provides a high-power laser transmission micro-structure optical fiber, and belongs to the technical field of micro-structure optical fibers. The microstructure optical fiber comprises a fiber core, wherein the fiber core is made of pure quartz materials, a first cladding is coated on the fiber core, a second cladding is made of pure quartz materials, a second cladding is coated on the first cladding, and an air cladding is coated on the second cladding. The air cladding and the first cladding of the microstructure optical fiber can restrain light in the fiber core without leaking out of the fiber, so that the bending loss of the fiber is effectively reduced, and laser leakage is prevented. Meanwhile, long-distance laser transmission can be effectively carried out, the method is suitable for different processing environments and areas, and the application of the energy transmission optical fiber in various fields is effectively popularized.)

一种高功率激光传输微结构光纤

技术领域

本发明属于微结构光纤技术领域，涉及一种高功率激光传输微结构光纤。

背景技术

高功率激光清洗、激光焊接和激光刻蚀是目前高功率激光加工领域中推广应用最广泛的，通过大芯径传能光纤将高功率激光传输到工作区域，对目标对象进行清洗、焊接和刻蚀等。然而，目前应用的高功率激光大芯径传能光纤存在弯曲损耗、高功率激光泄露的问题，此外，为了保证高功率激光运行，大多数传能光纤需要通过水冷解决光纤热的问题，增加了光纤传输系统的复杂性，给激光加工环境提出了更高要求。

可见，现有技术存在一定的缺陷。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种高功率激光传输微结构光纤，本发明所要解决的技术问题是：如何降低光纤的弯曲损耗且防止激光泄露。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种高功率激光传输微结构光纤，所述微结构光纤包括纤芯，其特征在于，所述纤芯由纯石英材料制成，所述纤芯上包覆有第一包层，所述第二包层由纯石英材料制成，所述第一包层上包覆有第二包层，所述第二包层上包覆有空气包层。

其工作原理是：本微结构光纤中，由里至外依次为纤芯、第一包层、第二包层和空气包层，纤芯由纯石英材料制成，纤芯为纯石英区，第二包层为纯石英层，与纤芯材料一致，为高折射率区，纤芯与第一包层形成高折射率差，进而形成高数值孔径(数值孔径NA在0.1-0.22之间)，包覆在第二包层上的空气包层可以有效的将高功率激光限制在纤芯区传输，尤其在弯曲过程中，空气包层及第一包层可以将光约束在纤芯中而不从光纤中泄露出来，从而有效降低光纤的弯曲损耗，防止激光泄露。

在上述的一种高功率激光传输微结构光纤中，所述空气包层上具有若干空气孔，所述空气孔分布在所述空气包层的周向上。

空气包层内的空气孔可以有效增强光纤散热效果，无须通过水冷、风冷的方式来散热，降低光纤散热成本。

在上述的一种高功率激光传输微结构光纤中，所述第二包层和空气包层呈圆形，所述空气孔沿第二包层的周向均匀分布。沿第二包层的周向均匀分布的空气孔能够更加均匀的散热，进一步增加光纤的散热效果。

在上述的一种高功率激光传输微结构光纤中，所述第一包层由掺氟石英材料制成。第一包层为掺氟石英层，是低折射率区。

在上述的一种高功率激光传输微结构光纤中，所述空气包层上包覆有外包层。

在上述的一种高功率激光传输微结构光纤中，所述外包层由纯石英材料制成。外包层为纯石英层，外包层对纤芯起到支撑作用。

在上述的一种高功率激光传输微结构光纤中，所述空气包层由石英材料制成，相邻的所述空气孔之间具有石英壁。空气孔与空气孔之间通过石英壁隔开，石英壁的厚度一般在200nm到5微米之间。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.本微结构光纤的空气包层可以有效的将高功率激光限制在纤芯区传输，尤其在弯曲过程中，空气包层及第一包层可以将光约束在纤芯中而不从光纤中泄露出来，从而有效降低光纤的弯曲损耗，防止激光泄露。同时可以有效进行远距离激光传输，适应不同加工环境和区域，有效推广传能光纤在各领域的应用。

2.本微结构光纤中，空气包层内的空气孔可以有效增强光纤散热效果，无须通过水冷、风冷的方式来散热，降低光纤散热成本。

附图说明

图1是本微结构光纤的结构示意图；

图2是本微结构光纤的局部放大图；

图3是微结构光纤及其折射率分布图；

图4是传统传能光纤及其折射率分布图。

图中，1纤芯；2第一包层；3第二包层；4空气包层；5空气孔；6外包层；7石英壁。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-2所示，本微结构光纤包括纤芯1，纤芯1由纯石英材料制成，纤芯1上包覆有第一包层2，第二包层3由纯石英材料制成，第一包层2上包覆有第二包层3，第二包层3上包覆有空气包层4。

本微结构光纤中，由里至外依次为纤芯1、第一包层2、第二包层3和空气包层4，纤芯1由纯石英材料制成，纤芯1为纯石英区，第二包层3为纯石英层，与纤芯1材料一致，为高折射率区，纤芯1与第一包层2形成高折射率差，进而形成高数值孔径(数值孔径NA在0.1-0.22之间)，包覆在第二包层3上的空气包层4可以有效的将高功率激光限制在纤芯1区传输，尤其在弯曲过程中，空气包层4及第一包层2可以将光约束在纤芯1中而不从光纤中泄露出来，从而有效降低光纤的弯曲损耗，防止激光泄露。

如图2所示，本实施例中，空气包层4上具有若干空气孔5，空气孔5分布在空气包层4的周向上。

空气填充在空气孔5中，空气包层4内的空气孔5可以有效增强光纤散热效果，无须通过水冷、风冷的方式来散热，降低光纤散热成本。

如图1和2所示，本实施例中，第二包层3和空气包层4呈圆形，空气孔5沿第二包层3的周向均匀分布。沿第二包层3的周向均匀分布的空气孔5能够更加均匀的散热，进一步增加光纤的散热效果。

作为一种实施例，第一包层2由掺氟石英材料制成。第一包层2为掺氟石英层，是低折射率区。

如图1所示，本实施例中，空气包层4上包覆有外包层6。

作为一种实施例，外包层6由纯石英材料制成。外包层6为纯石英层，外包层6对纤芯1起到支撑作用。

如图2所示，本实施例中，空气包层4由石英材料制成，相邻的空气孔5之间具有石英壁7。空气孔5与空气孔5之间通过石英壁7隔开，石英壁7的厚度一般在200nm到5微米之间。

图3展示了本微结构光纤的折射率分布图，与目前通用的高功率激光传输光纤存在显著不同，传统传能光纤折射率分布图如图4所示，本发明可以大大降低激光泄露风险，尤其是在弯曲过程中，空气包层4及第一包层2可以将光约束在纤芯1中而不泄露出光纤外。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。