一种光纤包层光滤除器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及一种光纤包层光滤除器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着光纤激光技术日益发展，光纤的输出能力不断提升。然而由于光纤的弯曲和熔接等原因，部分信号光会泄露到包层中，同时激光器和放大器输出端包层中会存在大量的栗浦光未被纤芯吸收。如果在输出激光时，光纤中的包层光不及时滤除，不仅会影响到输出光的光束质量与单色性，还会对输出设备造成损害，甚至破坏光学器件。因此，包层光滤除器在光纤激光器特别是高功率光纤激光器中非常重要。包层光滤除器可设置在光纤激光振荡器输出光纤之前，用于除去包层中残余的栗浦光以及进入包层中的信号光，达到提高输出激光光束质量的目的。此外，在光纤激光振荡级和放大级之间加入包层光滤除器，可以减少从振荡级进入放大级的包层光以及从放大级反向进入振荡级的包层光，达到保护激光器中元器件的目的。
[0003]现有的光纤包层光滤除器包括折射率匹配包层光滤除器以及表面处理包层光滤除器等。折射率匹配包层光滤除器用于滤除大数值孔径以及小数值孔径的包层光。表面处理包层光滤除器通过的漫反射和漫透射对一部分小数值孔径的包层光进一步滤除，同时将另一部分小数值孔径的包层光转化为大数值孔径的包层光，以便由后续的滤除器滤除。
[0004]虽然现有的光纤包层光滤除器中的折射率匹配包层光滤除器能较快的滤除大数值孔径的包层光，但在滤除小数值孔径的包层光需要使用较长的覆盖在光纤上的包层光滤除器，不利于抑制光纤激光器中的非线性效应，影响输出纤芯的质量。此外，现有的包层光滤除器在工作时，由于需要滤除的包层光能量很大，滤除器的折射率匹配材料会出现工作温度过高的情况，导致折射率匹配材料被烧坏，降低了包层光滤除器的稳定性及可靠性。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:解决现有技术中滤除小数值孔径包层光需要较长的包层光滤除器的问题。
[0006]为实现上述的发明目的，本发明提供了一种光纤包层光滤除器及其制造方法，可以使用较短的光纤对包层光进行充分滤除。
[0007]依据本发明的第一方面，提供了一种光纤包层光滤除器，包括:
[0008]在剥除涂覆层的光纤包层上按光入射方向依序设置的大数值孔径折射率匹配包层光滤除段、表面处理包层光滤除段和小数值孔径折射率匹配包层光滤除段；
[0009]其中，大数值孔径折射率包层光滤除段，对裸露的光纤包层进行重覆盖使其滤除数值孔径大于预设临界值的大数值孔径包层光；
[0010]表面处理包层光滤除段，使其滤除一部分数值孔径小于预设临界值的小数值孔径包层光，并将另一部分小数值孔径包层光转化为大数值孔径包层光；
[0011]小数值孔径折射率包层光滤除段，对裸露的光纤包层进行重覆盖使其滤除残余的小数值孔径包层光以及表面处理包层光滤除段转化的大数值孔径包层光。
[0012]优选地，大数值孔径折射率包层光滤除段的折射率满足:
[0013]n12-n22>NA2
[0014]其中，&为光纤包层的折射率，η 2为大数值孔径折射率包层光滤除段的折射率，NA为预设临界值。
[0015]优选地，大数值孔径折射率包层光滤除段包括:
[0016]—种折射率材料制成的大数值孔径折射率包层光滤除段；或，
[0017]多种折射率材料制成的多个大数值孔径折射率包层光滤除段。
[0018]优选地，多个大数值孔径折射率包层光滤除段沿包层光的入射方向按折射率由小到大设置。
[0019]优选地，小数值孔径折射率包层光滤除段的折射率满足:
[0020]n^-na^NA2
[0021]其中，叫为光纤包层的折射率，η 3为小数值孔径折射率包层光滤除段的折射率，NA为预设临界值。
[0022]优选地，小数值孔径折射率包层光滤除段包括:
[0023]—种折射率材料制成的小数值孔径折射率包层光滤除段；或，
[0024]多种折射率材料制成的多个小数值孔径折射率包层光滤除段。
[0025]优选地，多个小数值孔径折射率包层光滤除段沿包层光的入射方向按折射率由小到大设置。
[0026]优选地，大数值孔径折射率包层光滤除段的材料以及小数值孔径折射率包层光滤除段的材料为紫外胶、玻璃管或硅胶。
[0027]依据本发明的第二方面，提供了一种上述光纤包层光滤除器的制造方法，具体包括:
[0028]将光纤的涂覆层剥除；
[0029]按光入射方向依序在光纤上设置大数值孔径折射率匹配包层光滤除段、表面处理包层光滤除段以和小数值孔径折射率匹配包层光滤除段；
[0030]其中，表面处理包层光滤除段采用机械研磨或者化学腐蚀将光纤包层表面粗糙化。
[0031]优选地，预设临界值，是使大于预设临界值孔径的包层光能量占包层光总能量的50%的取值。
[0032]本发明提供的折射率匹配包层光滤除器和表面处理包层光滤除器相结合的方法，通过大数值孔径折射率匹配包层光滤除段滤除大数值孔径的包层光，再由表面处理包层光滤除段滤除部分小数值孔径的包层光，同时将部分小数值孔径的包层光转化为大数值孔径的包层光，最后由小数值孔径折射率匹配包层光滤除段较快地滤除残余的小数值孔径包层光和表面处理滤除器转化的大数值孔径包层光。相比现有技术，本发明可以在较短的包层光滤除器长度内快速地滤除较大比例的包层光，有利于抑制光纤激光器中的非线性效应，在提高输出纤芯的质量的同时，有效地降低成本。
【附图说明】
[0033]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
[0034]图1是本发明第一实施例提供的光纤包层光滤除器示意图；
[0035]图2是本发明第二实施例提供的光纤包层光滤除器示意图；
[0036]图3是图2所示的大数值孔径折射率匹配包层光滤除段的放大示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0038]实施例1
[0039]如图1所示，本实施例提供的光纤包层光滤除器包括:大数值孔径折射率匹配包层光滤除段3、表面处理包层光滤除段4和小数值孔径折射率匹配包层光滤除段5。
[0040]其中，大数值孔径折射率匹配包层光滤除段3的长度优选为5cm，该滤除段的折射率匹配材料覆盖在剥除涂覆层的光纤包层上，使该滤除段可以滤除数值孔径大于预设临界值的大数值孔径包层光。
[0041]大数值孔径折射率匹配包层光滤除段3的折射率需要满足式(I):
[0042]n!2-n22>NA2 (I)
[0043]其中，Ii1为光纤包层I的折射率，η 2为大数值孔径折射率包层光滤除段3的折射率，NA为预设临界值。本实施例中，例如涂覆层2对975nm包层光的折射率为1.4458，大数值孔径折射率包层光滤除段3对波长为975nm包层光的折射率为1.43。
[0044]还需要说明的是，本实施例中，预设临界值用于区分大数值孔径包层光以及小数值孔径包层光，它的取值使数值孔径大于该临界值的包层光能量占包层光总能量的50%。大于该临界值的包层光为大数值孔径包层光，小于该临界值的包层光为小数值孔径包层光。在本实施例中，预设临界值优选为0.2。也即大数值孔径折射率匹配包层光滤除段3可以滤除波长为975nm、数值孔径大于0.2的大数值孔径包层光。
[0045]如图1所示，表面处理包层光滤除段4按照光入射的方向设置在靠近大数值孔径折射率匹配包层光滤除段3的一侧，长度优选为10cm。表面处理包层光滤除段4中被剥除涂覆层2的包层表面为经过机械研磨或者化学腐蚀的粗糙表面。
[0046]表面处理包层光滤除段4可以吸收一部分小数值孔径包层光，同时粗糙的表面使包层光发生漫反射或漫透射，将一部分小数值孔径的包层光转化为大数值孔径的包层光，便于后续的滤除段进行进一步滤除。
[0047]如图1所示，小数值孔径折射率匹配包层光滤除段5按照光入射的方向设置在表面处理包层光滤除段4远离大数值孔径折射率匹配包层光滤除段3的一侧，长度优选为5cm。小数值孔径折射率匹配包层光滤除段5的折射率匹配材料覆盖在剥除涂覆层的光纤包层上，使该滤除段滤除残余的小数值孔径包层光以及表面处理包层光滤除段4转化的大数值孔径包层光。
[0048]小数值孔径折射率匹配包层光滤除段5的折射率需要满足式(2):
[0049]ni2-n32〈NA2 (2)
[0050]其中，Ii1为光纤包层I的折射率，η 3为小数值孔径折射率包层光滤除段5的折射率，NA为预设临界值，NA优选取0.2。本实施例中，优选小数值孔径折射率包层光滤除段5对波长为975nm包层光的折射率为1.52，高于大数值孔径折射率包层光滤除段3的折射率。
[0051]上述折射率匹配材料为紫外胶、玻璃管或硅胶。
[0052]如图1所示，光线从左端入射，首先大数值孔径折射率包层光滤除段3将大数值孔径包层光滤除；其次，表面处理包层光滤除段4将一部分小数值孔径包层光滤除，同时还有一部分小数值孔径包层光被转化为大数值孔径包层光；最后，小数值孔径折射率包层光滤除段5将残余的小数值孔径包层光以及转化后的大数值孔径包层光一并滤除。
[0053]本实施例提供的包层光滤除器，利用上述3个滤除段相互配合的方式，实现了对包层光的大比例滤除，其滤除量大于30dB。现有的包层光滤除器若要实现相同的滤除量需要30cm的包层光滤除器，而本实施例提供的包层光滤除器只需要20cm的长度内就能对包层光进行快速滤除，有利于抑制光纤激光器中的非线性效应，在提高输出纤芯的质量的同时，有效地降低成本。
[0054]实施例二
[0055]如图2所示，本实施例提供了一种光纤包层光滤