本申請(qǐng)涉及光學(xué)元件、系統(tǒng)或儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖包層功率剝除器。

背景技術(shù)：

高功率光纖激光器及光纖放大器的主流方案是使用雙包層增益光纖實(shí)現(xiàn)激光增益放大，最終實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出，具體技術(shù)方案大概如下：雙包層增益光纖包括摻雜稀土元素的纖芯、具有一定形狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)包層及外部保護(hù)涂層，在激光器或放大器中雙包層增益光纖作為核心部件之一，其工作原理為，將多模泵浦激光注入到雙包層增益光纖的內(nèi)包層中，由于內(nèi)包層的特殊結(jié)構(gòu)，注入到內(nèi)包層的泵浦激光將通過摻雜稀土元素的纖芯并被吸收，實(shí)現(xiàn)放大纖芯中激光的功能。

如上述激光放大原理，實(shí)際使用中，由于需要控制激光參數(shù)及激光功率，注入到雙包層增益光纖中的泵浦激光不可能完全被纖芯所吸收，所以難免會(huì)在后續(xù)光路中殘留未被吸收的泵浦激光，當(dāng)激光器功率較高時(shí)，殘留的泵浦激光也較高。實(shí)現(xiàn)萬瓦級(jí)激光輸出時(shí)，需要處理的包層泵浦激光將達(dá)數(shù)百至上千瓦。

當(dāng)使用高功率激光器時(shí)，如用于激光切割、焊接等領(lǐng)域時(shí)，由于工件反射等原因，會(huì)有大量激光從外部返回至激光輸出頭，該反射光也可能達(dá)到數(shù)百至上千瓦級(jí)別。

包層泵浦殘留光或者反射光對(duì)激光系統(tǒng)會(huì)造成極其不利的影響，甚至?xí)募す饧凹庸ぴO(shè)備，所以將該無用激光功率剝除顯得至關(guān)重要。

現(xiàn)有的光纖包層功率剝除器有使用高折射率膠水破壞光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)而將激光剝離包層的方法，該方式可實(shí)現(xiàn)剝除功能，但是由于光纖直徑較細(xì)，散熱難度極大，所以難以在高功率條件下使用；針對(duì)該問題，另一優(yōu)化方式是將光纖包層分段逐漸變大，使功率密度稀釋，散熱面增大后濾除，但是該過程對(duì)光纖纖芯實(shí)際上是有破壞的，會(huì)損傷光纖內(nèi)部傳輸?shù)募す赓|(zhì)量；也有使用透光液體金屬合金材料實(shí)現(xiàn)激光散射方式進(jìn)行剝除，該方式可以實(shí)現(xiàn)高功率剝除，但是由于核心物質(zhì)為液體，導(dǎo)致封裝使用較困難，工藝復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的目標(biāo)在于提供一種適于在高功率條件下使用的光纖包層功率剝除器。

本申請(qǐng)的目標(biāo)由一種光纖包層功率剝除器實(shí)現(xiàn)，該剝除器包括光纖，所述光纖中間至少包括第一和第二無覆層段，第一無覆層段的包層厚度大于第二無覆層段的包層厚度，第一無覆層段的包層由第一高透光材料層包圍，第二無覆層段的包層由第二高透光材料層包圍，第一和第二高透光材料層由散射體包圍，所述散射體由水冷盒包圍，所述光纖的兩端從水冷盒伸出。

本實(shí)用新型采用分段剝除和水冷散熱,將光纖包層中的光先在包層表面剝除一次,再在包層腐蝕區(qū)進(jìn)一步剝除,通過高透光材料將光纖包層中傳輸?shù)墓庖龑?dǎo)進(jìn)散射體，通過散射體表面將剝除的光產(chǎn)生的熱量通過水冷循環(huán)散去從而降低因剝除包層光而產(chǎn)生的高溫即可以有效解決因剝除大功率光纖包層光產(chǎn)生的發(fā)熱問題，同時(shí)使雙包層光纖剝除較高包層功率而不會(huì)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。

附圖說明

本實(shí)用新型將在下面參考附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更完全地說明。

圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的光纖包層功率剝除器的示意圖。

圖2為根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的光纖包層功率剝除器的示意圖。

為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡(jiǎn)化的圖，它們只給出了對(duì)于理解本實(shí)用新型所必要的細(xì)節(jié)，而省略其他細(xì)節(jié)。

具體實(shí)施方式

通過下面給出的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的適用范圍將顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在詳細(xì)描述和具體例子表明本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，它們僅為說明目的給出。

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的光纖包層功率剝除器的示意圖。如圖1中所示，該實(shí)施例的剝除器包括光纖10、散射體6和水冷盒7，光纖10包括涂覆層1、內(nèi)包層2和纖芯，內(nèi)包層2包圍纖芯，涂覆層1包圍內(nèi)包層2。所述光纖10中間包括第一無覆層段101、第二無覆層段102和第三無覆層段103，第二無覆層段102位于第一無覆層段101和第三無覆層段103之間，第一無覆層段101和第三無覆層段103通過直接去除涂覆層1獲得，第二無覆層段102通過先剝?nèi)ネ扛矊尤缓笫褂美鐨浞崛芤簩?nèi)包層腐蝕掉一部分但不破壞纖芯結(jié)構(gòu)而獲得。第一和第三無覆層段的包層上涂覆有第一高透光材料如第一高透光UV固化材料4，第二無覆層段的包層上涂覆有第二高透光材料如第二高透光UV固化材料5。第一高透光UV固化材料4是一種折射率實(shí)質(zhì)上等于光纖內(nèi)包層折射率的UV固化材料，術(shù)語“實(shí)質(zhì)上等于”在此例如意為與光纖內(nèi)包層折射率相差在±0.02％以內(nèi)，將第一高透光UV固化材料涂覆到剝?nèi)ネ扛矊雍蟮膬?nèi)包層表面，可以使光纖包層中傳輸?shù)墓馔干渲恋谝籙V固化材料中。第二高透光材料5是一種折射率略高于光纖內(nèi)包層折射率的UV固化材料，將其涂覆到剝?nèi)ネ扛矊硬⒏g至一定直徑后的雙包層光纖表面，可以使雙包層光纖包層中傳輸?shù)墓獗M量多的透射至第二UV材料中。第一、第二和第三無覆層段分別由一散射體如藍(lán)寶石散射體包圍。在另一實(shí)施例中，第一、第二和第三無覆層段共同由一藍(lán)寶石散射體包圍。第一和第三無覆層段的包層和與其對(duì)應(yīng)的藍(lán)寶石散射體之間充滿第一高透光材料4，第二無覆層段的包層與其對(duì)應(yīng)的散射體之間充滿第二高透光材料5。藍(lán)寶石散射體是一種折射率略高于第二高透光UV材料的藍(lán)寶石晶體，其形狀為內(nèi)圓外方或者柱型管狀，可以套在涂滿高透光UV材料的光纖上，通過UV光的照射使雙包層光纖、高透光UV材料和藍(lán)寶石散射體緊密結(jié)合并固定在一起，從雙包層光纖包層透出的光經(jīng)過高透光UV材料進(jìn)入藍(lán)寶石散射體。在實(shí)施例中，在高功率應(yīng)用時(shí)，第一UV材料和第二UV材料中還可摻入一定比例的藍(lán)寶石散射微粒，藍(lán)寶石散射微粒不會(huì)吸收進(jìn)入其內(nèi)部的激光，而是將進(jìn)入其內(nèi)部的激光散射到各個(gè)方向。光纖兩端帶有覆層的段的一部分及所有藍(lán)寶石散射體及其包圍的部分由水冷盒包圍，水冷盒是由進(jìn)水口、出水口和盒體組成的連通體，可以接上水管形成水冷循環(huán)，其盒體形狀可以是方形、圓柱形或其它形狀，進(jìn)水口和出水口位置可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，整個(gè)盒體將藍(lán)寶石散射體和部分光纖密封在一起，使之可以通過水冷循環(huán)降低藍(lán)寶石散射體上因大功率光產(chǎn)生的高溫。光纖的兩端從水冷盒伸出以用于與剝除器使用場(chǎng)合的光纖熔接。

具體地，例如，該實(shí)施例包括雙包層光纖20/250NA0.08/0.46，其纖芯、內(nèi)包層、涂覆層直徑分別為20um、250um、400um，纖芯、內(nèi)包層折射率分別為1.4595、1.4573，將其涂覆層1剝?nèi)ラL(zhǎng)度約6cm，將剝好的表面用蘸酒精的棉紙擦拭干凈后將中間約2cm用氫氟酸溶液腐蝕至其包層直徑減小至150um左右形成第一、第二和第三無覆層段，用高濃度酒精將裸露的包層2與腐蝕錐區(qū)3沖洗干凈。在腐蝕錐區(qū)3表面涂滿第二高透光UV固化材料5，該材料折射率為1.55，然后穿上藍(lán)寶石散射體6，在藍(lán)寶石散射體6與腐蝕錐區(qū)3之間充滿第二高透光UV固化材料5，然后使用UV光照射藍(lán)寶石散射體6，使光纖腐蝕錐區(qū)3、第二高透光UV固化材料5、藍(lán)寶石散射體6緊密結(jié)合并固定在一起。在包層2表面涂滿第一高透光UV固化材料4，該材料折射率為1.46，然后穿上藍(lán)寶石散射體6，在藍(lán)寶石散射體6與光纖包層2之間充滿第一高透光UV固化材料4，然后使用UV光照射藍(lán)寶石散射體6，使光纖包層2、第一高透光UV固化材料4、藍(lán)寶石散射體6緊密結(jié)合并固定在一起。

然后將藍(lán)寶石散射體6(包含第一、第二和第三無覆層段及第一和第二高透光UV固化材料)和部分光纖涂覆層1一起密封在水冷盒7內(nèi)，水冷盒7與入水口A和出水口B一起組成連通體，可以接上水管形成水冷循環(huán)從而給藍(lán)寶石散射體6表面降溫。

該例子的20/250雙包層光纖包層功率剝除器，包層功率剝除率高達(dá)23dB，信號(hào)插損小于0.1dB，在承受纖芯傳輸功率1500W，濾除包層泵浦激光功率約180W條件下穩(wěn)定工作。

圖2示出了示出了根據(jù)本實(shí)用新型第二實(shí)施例的光纖包層功率剝除器的示意圖，其與第一實(shí)施例類似，但第二無覆層段至少包括第一、第二和第三腐蝕段，其中第一和第三腐蝕段的包層厚度小于第一無覆層段的包層厚度并大于第二腐蝕段的包層厚度。

具體地，例如，該實(shí)施例包括雙包層光纖20/400NA0.06/0.46，其纖芯、內(nèi)包層、涂覆層直徑分別為20um、400um、550um，纖芯、內(nèi)包層折射率分別為1.4585、1.4573。由于該光纖內(nèi)包層直徑相對(duì)較大，使用直接腐蝕到150um的方法會(huì)導(dǎo)致光纖易斷，而且不利于包層激光平穩(wěn)剝除，所以本實(shí)施例采用分段腐蝕方式進(jìn)行：將其涂覆層1剝?nèi)ラL(zhǎng)度約6cm，將剝好的表面用蘸酒精的棉紙擦拭干凈后將中間約4cm用HF溶液中腐蝕至其包層直徑減小至250um左右，將腐蝕至250um包層部分的中間約2cm用HF溶液中腐蝕至其包層直徑減小至150um左右，用高濃度酒精將裸露的包層2與腐蝕錐區(qū)3沖洗干凈。在腐蝕錐區(qū)3表面涂滿第二高透光UV固化材料5，該材料折射率為1.55，然后穿上藍(lán)寶石散射體6，在藍(lán)寶石散射體6與腐蝕錐區(qū)3之間充滿第二高透光UV固化材料5，然后使用UV光照射藍(lán)寶石散射體6，使光纖腐蝕錐區(qū)3、第二高透光UV固化材料5、藍(lán)寶石散射體6緊密結(jié)合并固定在一起。在包層2表面涂滿第一高透光UV固化材料4，該材料折射率為1.46，然后穿上藍(lán)寶石散射體6，在藍(lán)寶石散射體6與光纖包層2之間充滿第一高透光UV固化材料4，然后使用UV光照射藍(lán)寶石散射體6，使光纖包層2、第一高透光UV固化材料4、藍(lán)寶石散射體6緊密結(jié)合并固定在一起。

然后將藍(lán)寶石散射體5和部分光纖涂覆層1一起密封在水冷盒7內(nèi)，水冷盒7與入水口A和出水口B一起組成連通體，可以接上水管形成水冷循環(huán)從而給藍(lán)寶石散射體6表面降溫。

該例子的20/400雙包層光纖包層功率剝除器，包層功率剝除率高達(dá)23dB，信號(hào)插損小于0.1dB，纖芯傳輸高功率，可在濾除包層泵浦激光功率約500W條件下穩(wěn)定工作。

除非明確指出，在此所用的單數(shù)形式“一”、“該”均包括復(fù)數(shù)含義(即具有“至少一”的意思)。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，說明書中使用的術(shù)語“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、操作、元件、部件和/或其組合。如在此所用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)列舉的相關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組合。除非明確指出，在此公開的任何方法的步驟不必精確按照所公開的順序執(zhí)行。

一些優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)在前面進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型不局限于這些實(shí)施例，而是可以本實(shí)用新型主題范圍內(nèi)的其它方式實(shí)現(xiàn)。