一種用于光纖激光器的包層光剝離器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于光纖激光器的包層光剝離器及其制作方法，該剝離器包括包層光纖、多段光柵和冷卻管套，其制作方法是在裸露的光纖內(nèi)包層外表面上涂覆折射率大于或等于內(nèi)包層折射率的紫外光刻膠，然后在紫外光刻膠上刻蝕多段光柵，通過(guò)多段光柵的衍射將內(nèi)包層內(nèi)殘余光剝離出來(lái)；將制作好的多段光柵套在金屬管中，并用密封套密封，該金屬管壁鋪滿吸熱材料，將剝離出的內(nèi)包層光吸收，通入流通的冷卻水將產(chǎn)生的熱量帶走。本發(fā)明通過(guò)采用不同結(jié)構(gòu)的光柵來(lái)調(diào)整包層光的透過(guò)率,達(dá)到高效均勻剝離的目的，避免剝離器出現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)，保證光纖的高可靠性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性廣、可靠性高等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種用于光纖激光器的包層光剝離器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明專利屬于光纖激光器領(lǐng)域，涉及一種用于高功率光纖激光器的包層殘余光剝離的裝置及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著高功率光纖激光器的不斷發(fā)展，光纖激光器的功率不斷攀升，高功率光纖激光器已經(jīng)成為一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)加工激光器，對(duì)其光束質(zhì)量以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性的要求也更加嚴(yán)格。
[0003]在光纖激光器系統(tǒng)中，由于非線性效應(yīng)的影響，增益光纖不能做的足夠長(zhǎng)，這直接導(dǎo)致了雙包層光纖的內(nèi)包層中殘留了一定的栗浦光，在高功率光纖激光器中，這個(gè)功率可以達(dá)到百瓦級(jí)，除此之外還有增益光纖工作時(shí)產(chǎn)生的自發(fā)輻射光(ASE)，以及光纖熔接時(shí)泄露到光纖內(nèi)包層的信號(hào)光。這些殘余光在光纖內(nèi)包層中傳輸，如果不剝離干凈，將降低光纖激光器的光束質(zhì)量，對(duì)光纖激光系統(tǒng)后面鏈路中的器件產(chǎn)生很大的危害。
[0004]雙包層光纖的內(nèi)包層殘留光的剝除，最直接的方法是直接在裸露的內(nèi)包層上涂覆高折射紫外膠，由于涂覆了折射率大于內(nèi)包層折射率的光刻膠，破壞了光纖內(nèi)外包層之間全反射的條件而使內(nèi)包層光泄露，從而從內(nèi)包層導(dǎo)出殘余光能量。但是，此種方法由于包層結(jié)構(gòu)的突變，大量的光會(huì)在剝離器的前端泄露出去，產(chǎn)生大量的熱，常常使前端的溫度過(guò)高，從而極大的限制了包層光剝離器的性能提一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種用于光纖激光器包層剝離器及其制作方法，旨在實(shí)現(xiàn)了光纖激光器包層內(nèi)光的高效均勻剝離的目的，解決包層中高功率的殘余光在剝離器中集中泄露、出現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)等技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)一步提高光纖激光器包層剝離器的性能。
[0006]本發(fā)明提出的包層剝離器技術(shù)方案，包括雙包層光纖，其特征在于，還包括多段光柵和冷卻管套;其中:
[0007]所述雙包層光纖為雙包層光纖，包括纖芯、內(nèi)包層、外包層及涂覆層；
[0008]所述多段光柵在光纖間隔或連續(xù)排列;各段光柵在剝?nèi)ネ獍鼘拥碾p包層光纖的裸露內(nèi)包層外表面沿圓周分布;所述光柵通過(guò)在光纖內(nèi)包層外表面沿圓周涂覆一層厚度為400-600μπι的高折射率材料而成;所述高折射率材料為折射率大于或等于光纖內(nèi)包層折射率的紫外光刻膠。
[0009]所述冷卻管套為空心金屬套管，管內(nèi)流通有去離子冷卻水，用于將各段光柵處導(dǎo)出的光能量帶走；
[0010]所述雙包層光纖從冷卻管套軸向穿過(guò)，其在冷卻套管內(nèi)部分是制作有多段光柵的雙包層光纖；
[0011 ]冷卻套管與雙包層光纖的連接處，設(shè)有密封套，用于防止導(dǎo)出的包層光外泄以及冷卻水的溢出。
[0012]進(jìn)一步的，各段光柵具有不同的光柵周期、深度或占空比，其軸向剖面形貌可以是矩形光柵、正弦光柵或三角形光柵;所述的多段光柵中，各段光柵對(duì)光的透過(guò)率大小不一，具體按對(duì)內(nèi)包層光透過(guò)率由小到大排列的順序確定。通過(guò)調(diào)整光柵周期、深度和占空比這三個(gè)參數(shù)，影響光柵各級(jí)的衍射效率，從而改變內(nèi)包層光的透過(guò)率。
[0013]進(jìn)一步的，所述雙包層光纖的纖芯折射率大于內(nèi)包層的折射率，內(nèi)包層的折射率大于外包層的折射率，外包層的折射率小于涂覆層的折射率。
[0014]進(jìn)一步的，所述多段光柵的光柵數(shù)量為3-10個(gè)。
[0015]進(jìn)一步的，所述各段光柵的柵脊折射率與光柵基底的折射率相同，二者的折射率大于或等于光纖內(nèi)包層的折射率。
[0016]進(jìn)一步的，所述裸露的內(nèi)包層上涂覆的紫外光刻膠為折射率大于或等于內(nèi)包層折射率的透光材料。
[0017]進(jìn)一步的，所述冷卻套管內(nèi)壁設(shè)有對(duì)內(nèi)包層光具有高吸收的材料，包括石墨、銅或陽(yáng)極化的鋁。
[0018]進(jìn)一步的，所述光纖內(nèi)包層外表面沿圓周涂覆的高折射率材料厚度為500μπι。
[0019]相應(yīng)地，本發(fā)明還提出一種光纖激光器的包層剝離器制作方法，包括如下步驟::
[0020](I)將雙包層光纖一段長(zhǎng)度的涂覆層及外包層去除，在雙包層光纖內(nèi)包層的外表面，涂覆折射率大于或等于內(nèi)包層折射率的紫外光刻膠；
[0021](2)計(jì)算光柵的衍射效率，通過(guò)改變光柵的周期、深度、占空比等參數(shù)，來(lái)調(diào)整光柵的衍射效率，選取出多段參數(shù)相異(相異就是之前所述的光柵三個(gè)參數(shù)的不同，參數(shù)的不同，光柵的衍射效率因此不同)，衍射效率從小到大不等的光柵參數(shù)，用以控制剝離出內(nèi)包層光的比率;利用光刻機(jī)刻蝕(I)所涂覆好的紫外光刻膠，得到所設(shè)計(jì)的多段參數(shù)相異的光柵和光柵基底;周期、深度、占空比這三個(gè)參數(shù)是影響效率的主要因素，可根據(jù)實(shí)際情況選取優(yōu)先調(diào)整哪個(gè)參數(shù);光柵的衍射效率計(jì)算可采用嚴(yán)格耦合波分析法；
[0022](3)將步驟(2)所得到的雙包層光纖從冷卻管套軸向穿過(guò)，在冷卻套管內(nèi)通入循環(huán)流動(dòng)的去離子冷卻水，在冷卻套管與雙包層光纖的連接處，設(shè)置密封用套以防止導(dǎo)出的包層光外泄以及冷卻水的溢出。
[0023]本發(fā)明中，雙包層光纖內(nèi)包層中的殘余光經(jīng)光柵基底可以被多段光柵衍射，產(chǎn)生不同的衍射級(jí)次及不同的透過(guò)率，逐步耦合出光纖內(nèi)包層，被金屬管壁的吸收材料吸收，通過(guò)金屬管內(nèi)的冷卻水將產(chǎn)生的熱量帶走。
[0024]本發(fā)明由于采用了多段光柵，可以通過(guò)改變光柵的結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整光柵對(duì)光纖內(nèi)包層殘余光的透過(guò)率，因此采用不同結(jié)構(gòu)的多段光柵，可方便地控制不同位置剝離出光纖內(nèi)包層殘余光的功率大小，達(dá)到高效均勻剝離的目的，避免剝離器中出現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)，保證光纖的高可靠性，提高了剝離器的能力。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明光纖激光器的包層光剝離器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明光纖激光器的包層光剝離器中光柵所采用的剖面形貌示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明光纖激光器的包層光剝離器的實(shí)施例圖。
[0028]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:I一雙包層光纖、2—內(nèi)包層、3—金屬管、4 一光柵基底、5—多段光柵、6—吸收體、7—外包層及涂覆層、8—密封套、9一光柵柵脊、10—C02激光器、11一光耦合器、12—熱照相機(jī)、13—包層光剝離器、14一光功率計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]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(shuō)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。
[0030]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0031]參照說(shuō)明書(shū)附圖，圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明的包層光剝離器的特征在于包括雙包層光纖、多段光柵和冷卻管套，其中的雙包層光纖為普通的雙包層光纖；多段光柵在光纖間隔或連續(xù)排列；各段光柵在剝?nèi)ネ獍鼘拥碾p包層光纖的裸露內(nèi)包層外表面沿圓周分布;所述光柵通過(guò)在光纖內(nèi)包層外表面沿圓周涂覆高折射率材料而成;雙包層光纖內(nèi)包層殘余光經(jīng)光柵基底可以被多段光柵衍射，產(chǎn)生從小到大排列的透過(guò)率，將內(nèi)包層殘余光均勻地耦合出光纖內(nèi)包層;冷卻管套為空心金屬套管，管內(nèi)流通有去離子冷卻水，用于將各段光柵處導(dǎo)出的光能量帶走;所述雙包層光纖從冷卻管套軸向穿過(guò)，其在冷卻套管內(nèi)部分是制作有多段光柵的雙包層光纖;冷卻套管與雙包層光纖的連接處，設(shè)有密封套，用于防止導(dǎo)出的包層光外泄以及冷卻水的溢出。
[0032]所述的包層光剝離器的制造方法包括以下步驟:
[0033](I)將選用的雙包層光纖一段長(zhǎng)度為15cm的涂覆層以及外包層剝除，裸露出光纖內(nèi)包層；
[0034](2)計(jì)算光柵的衍射效率，通過(guò)改變光柵的周期、深度、占空比等參數(shù)，來(lái)調(diào)整光柵的衍射效率，選取出多段參數(shù)相異，衍射效率從小到大不等的光柵參數(shù)，用以控制剝離出內(nèi)包層光的比率。本實(shí)施例中選取了三段參數(shù)相異的光柵，選取的光柵為矩形光柵，如圖2為光柵的剖面不意圖，其中光柵一的周期，深度和占空比分別為(5μηι，2μηι，0.5)、光柵二的周期，深度和占空比分別為(1(^111，24111，0.5)、光柵三的周期，深度和占空比分別為(154111，24111，
0.5)，本實(shí)施例中，通過(guò)改變光柵周期已經(jīng)可以達(dá)到改變光柵衍射效率的目的，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明問(wèn)題，沒(méi)有改變深度和占空比。采用嚴(yán)格耦合波分析法，計(jì)算得到三者的透過(guò)率為分別為
0.3、0.5、0.7，按雙包層光纖內(nèi)包層光的傳輸方向依次排列光柵一、光柵二、光柵三。在裸露的內(nèi)包層上涂覆紫外光刻膠，利用光刻機(jī)刻蝕光刻膠得到所設(shè)計(jì)的多段光柵，或者將刻蝕好的多段光柵粘附在裸露的內(nèi)包層上。
[0035](3)將前述步驟制作好的光纖及光柵，用金屬管套住并密封好，通以冷卻水。
[0036]實(shí)施例:圖2為本發(fā)明的雙包層光纖內(nèi)包層光剝離器的實(shí)施例圖，如圖所示，本發(fā)明應(yīng)用于高功率光纖激光器的輸出端，所采用的雙包層光纖13的纖芯直徑為20μπι，內(nèi)包層為400μπι。由半導(dǎo)體激光器組件11發(fā)出100瓦的波長(zhǎng)915nm的激光通過(guò)光耦合器12耦合進(jìn)入雙包層光纖13，通過(guò)制作好的包層光剝離器15，將內(nèi)包層光剝離出來(lái)，在金屬管口通以20 °C的冷卻水，流量大于I升/分鐘，使包層光剝離器冷卻，用熱照相機(jī)14以及功率檢測(cè)計(jì)16監(jiān)控整個(gè)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)表明，雙包層光纖包層光剝離器并未出現(xiàn)過(guò)熱的情況，溫度不超過(guò)40°C，包層光功率絕大部分被剝離出包層，剝離效果達(dá)到1dB以上。
[0037]本發(fā)明由于采用了多段光柵，可以通過(guò)改變光柵的結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整光柵對(duì)包層殘余光的透過(guò)率，因此采用不同結(jié)構(gòu)的多段光柵可方便地控制不同位置剝離出光纖內(nèi)包層殘余光的功率大小，達(dá)到高效均勻剝離的目的，避免剝離器中出現(xiàn)過(guò)熱點(diǎn)，保證光纖的高可靠性，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性廣、可靠性高等特點(diǎn)。
[0038]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于光纖激光器的包層光剝離器，包括雙包層光纖，其特征在于，還包括多段光柵和冷卻管套;其中: 所述雙包層光纖為雙包層光纖，包括纖芯、內(nèi)包層、外包層及涂覆層； 所述多段光柵在光纖間隔或連續(xù)排列；各段光柵在剝?nèi)ネ獍鼘拥碾p包層光纖的裸露內(nèi)包層外表面沿圓周分布;所述光柵通過(guò)在光纖內(nèi)包層外表面沿圓周涂覆一層厚度為400-600μπι的高折射率材料而成;所述高折射率材料為折射率大于或等于光纖內(nèi)包層折射率的紫外光刻膠。 所述冷卻管套為空心金屬套管，管內(nèi)流通有去離子冷卻水，用于將各段光柵處導(dǎo)出的光能量帶走； 所述雙包層光纖從冷卻管套軸向穿過(guò)，其在冷卻套管內(nèi)部分是制作有多段光柵的雙包層光纖； 冷卻套管與雙包層光纖的連接處，設(shè)有密封套，用于防止導(dǎo)出的包層光外泄以及冷卻水的溢出。2.如權(quán)利要求1所述的光剝離器，其特征在于，各段光柵具有不同的光柵周期、深度或占空比，其軸向剖面形貌可以是矩形光柵、正弦光柵或三角形光柵;所述的多段光柵中，各段光柵對(duì)光的透過(guò)率大小不一，具體按對(duì)內(nèi)包層光透過(guò)率由小到大排列的順序確定。3.如權(quán)利要求1或2所述的光剝離器，其特征在于，所述雙包層光纖的纖芯折射率大于內(nèi)包層的折射率，內(nèi)包層的折射率大于外包層的折射率，外包層的折射率小于涂覆層的折射率。4.如權(quán)利要求1或2所述的光剝離器，其特征在于，所述多段光柵的光柵數(shù)量為3-10個(gè)。5.如權(quán)利要求1或2所述的光剝離器，其特征在于，各段光柵可以是亞波長(zhǎng)光柵也可以是非亞波長(zhǎng)光柵。6.如權(quán)利要求1或2所述的光剝離器，其特征在于，各段光柵的柵脊折射率與光柵基底的折射率相同，二者的折射率大于或等于光纖內(nèi)包層的折射率。7.如權(quán)利要求1或2所述的光剝離器，其特征在于，裸露的內(nèi)包層上涂覆的紫外光刻膠為折射率大于或等于內(nèi)包層折射率的透光材料。8.如權(quán)利要求1或2所述的光剝離器，其特征在于，所述冷卻套管內(nèi)壁設(shè)有對(duì)內(nèi)包層光具有高吸收的材料，包括石墨、銅或陽(yáng)極化的鋁。9.如權(quán)利要求1-8所述的光剝離器，其特征在于，所述光纖內(nèi)包層外表面沿圓周涂覆的高折射率材料厚度為500μπι。10.—種光纖激光器的包層剝離器制作方法，包括如下步驟: (1)將雙包層光纖一段長(zhǎng)度的涂覆層及外包層去除，在雙包層光纖內(nèi)包層的外表面，涂覆折射率大于或等于內(nèi)包層折射率的紫外光刻膠； (2)計(jì)算光柵的衍射效率，通過(guò)改變光柵的周期、深度、占空比等參數(shù)，來(lái)調(diào)整光柵的衍射效率，選取出多段參數(shù)相異，衍射效率從小到大不等的光柵參數(shù)，用以控制剝離出內(nèi)包層光的比率;利用光刻機(jī)刻蝕(I)所涂覆好的紫外光刻膠，得到所設(shè)計(jì)的多段參數(shù)相異的光柵和光柵基底； (3)將步驟(2)所得到的雙包層光纖從冷卻管套軸向穿過(guò)，在冷卻套管內(nèi)通入循環(huán)流動(dòng)的去離子冷卻水，在冷卻套管與雙包層光纖的連接處，設(shè)置密封用套以防止導(dǎo)出的包層光外泄以及冷卻水的溢出。
【文檔編號(hào)】H01S3/067GK105826802SQ201610325257
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】李杰雄, 李波, 胡友友, 王智用, 岳建堡
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)