光纤包层光滤除器及其形成方法
【专利摘要】本发明提出一种光纤包层光滤除器，通过在裸露的光纤包层上设置大包层实现，大包层套设在光纤包层上且与光纤包层一体形成，大包层具有传输光出射面、反射光出射面和光散射面，传输光出射面和反射光出射面的透射度大于光散射面的透射度，大包层和光纤包层的材料相同。本发明实施例的光纤包层光滤除器能够滤除激光传输时的包层光功率，可明显地提高滤除器的功率耐受能力以及包层光滤除效率。本发明还提出了一种光纤包层光滤除器的形成方法。
【专利说明】光纤包层光滤除器及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤激光【技术领域】，特别涉及一种光纤包层光滤除器及其形成方法。
【背景技术】
[0002]随着光纤激光技术日益发展，光纤输出能力不断得到提升，在某些特定的领域，需要对光纤包层内传输功率进行释放。例如在增益尾部进行的泵浦滤除，以及为了提高输出激光的亮度，对包层内传输的功率进行滤除，获得纯净的纤芯输出。目前可以提供泄漏包层功率的技术与设备有很多，主流技术工艺是在光纤包层外面设置一个折射率匹配层。使得这个匹配层的折射率大于光纤包层折射率。从而破坏全反射条件，将包层内的光引导进入匹配层传播。再通过其他技术手段将这一部分光发散到环境当中。
[0003]上述技术的主要缺陷在于:
[0004]1、对于两种不同折射率材料所产生的界面，会产生菲涅尔反射。即在包层内传播的某一条光纤光无法通过一次透射而全部的被引导进入匹配层。这种效应会导致泄漏器的长度变长，以及在两侧的激光在这个界面发生反射在一定条件下(例如温升，挤压受力)会导致这个界面附近某些局部位置的光强相干叠加而得到加强。这对于高功率运转的滤除是很不利的。
[0005]2、由于目前很多产品使用的是胶质匹配层，其对于预定要滤除的波长有一个特定的吸收系数。在引出包层光的过程中同时还对包层光存着一定的吸收。这个问题导致包层光滤除器会出现明显的热效应。也是目前制约胶层匹配层滤除器的主要原因。
【发明内容】
[0006]本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0007]为此，本发明的一个目的在于提出一种光纤包层光滤除器，能够滤除激光传输时的包层光功率，可明显地提高滤除器的功率耐受能力以及包层光滤除效率。
[0008]本发明的另一个目的在于提供一种光纤包层光滤除器的形成方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种光纤包层光滤除器，包括:裸露的光纤包层，由光纤剥除涂覆层后获得；大包层，所述大包层套设在所述光纤包层上且与所述光纤包层一体形成，所述大包层具有传输光出射面、反射光出射面和光散射面，所述传输光出射面和所述反射光出射面的透射度大于所述光散射面的透射度，所述大包层和所述光纤包层的材料相同。
[0010]根据本发明实施例的光纤包层光滤除器，其在原始裸露的光纤包层上熔接或键合与原光纤包层相同材料的大包层，且大包层的传输光出射面和反射光出射面经过了抛光、打磨等处理，大包层的光散射面经过了毛化处理。因此，该光纤包层光滤除器能够滤除激光传输时的包层光功率，可明显地提高滤除器的功率耐受能力以及包层光滤除效率，另外，该光纤包层光滤除器还可避免匹配材料对传输光的吸收而产生的热效应。
[0011]另外，根据本发明上述实施例的光纤包层光滤除器还可以具有如下附加的技术特征:
[0012]在一些示例中，所述光纤包层和所述大包层的构成材料为石英。
[0013]在一些示例中，所述大包层还包括设置在所述传输光出射面上的增透膜。
[0014]本发明第二方面的实施例提供了一种光纤包层光滤除器的形成方法，所述方法包括以下步骤:在所述光纤包层上熔接或键合与所述光纤包层相同材料的大包层，所述大包层具有传输光出射面、反射光出射面和光散射面；分别对所述传输光出射面、反射光出射面进行打磨、抛光处理以提高所述传输光出射面和所述反射光出射面的透射度；对所述光散射面进行毛化处理以提高传输光发散速度。
[0015]根据本发明实施例的光纤包层光滤除器的形成方法，在光纤包层上熔接和键合与光纤包层相同材料的大包层，从而可形成无界面滤除特性，消除了发生在界面上的菲涅尔反射，并分别对大包层的传输光出射面和反射光出射面进行打磨、抛光等处理，以提高传输光出射面和反射光出射面的透射度，并对大包层的光散射面进行毛化处理以提高传输光发散速度。因此，该方法能够滤除激光传输时的包层光功率，可明显地提高滤除器的功率耐受能力以及包层光滤除效率，另外，该方法还可避免匹配材料对传输光的吸收而产生的热效应。
[0016]另外，根据本发明上述实施例的光纤包层光滤除器的形成方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0017]在一些示例中，所述大包层的截面和轴剖面形状可以为任意形状。
[0018]在一些示例中，还包括:对所述传输光出射面加入抑制界面菲涅尔反射的楔角。
[0019]在一些示例中，还包括:对所述传输光出射面和所述反射光出射面设置增透膜。
[0020]在一些示例中，还包括:通过辅助装置对所述光纤包层和所述大包层进行直接冷却，其中，所述辅助装置包括容纳光纤的金属壳体、光吸收材料和冷却液体。
[0021]在一些不例中，还包括:对所述金属壳体进行冷却以耗散传输光产生的热量。
[0022]在一些示例中，所述光纤包层和所述大包层的构成材料为石英。
[0023]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0025]图1是根据本发明一个实施例的光纤包层光滤除器的结构示意图；
[0026]图2是根据本发明另一个实施例的光纤包层光滤除器的结构示意图；
[0027]图3是根据本发明一个实施例的光纤中传输光的传输路径示意图；以及
[0028]图4是根据本发明一个实施例的光纤包层光滤除器的形成方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0030]以下结合附图描述根据本发明实施例的光纤包层光滤除器及其形成方法。
[0031]图1是根据本发明一个实施例的光纤包层光滤除器的结构示意图。如图1所示，根据本发明一个实施例的光纤包层光滤除器100(图中未示出)，包括:光纤包层110和大包层120。
[0032]其中，光纤的纤芯位于光纤包层110内。大包层120套设在光纤包层110上且与光纤包层110—体形成。在本发明的一个具体实施例中，大包层120例如可通过高温加热熔接的方式或键合的方式与光纤包层110 —体形成，并且，在本发明的一个实施例中，大包层120和光纤包层110的构成材料相同,均为石英,从而使大包层120与光纤包层110形成无界面的均匀连接，可消除发生在界面上的菲涅尔反射。另外，在一些示例中，上述的石英大包层的界面及轴剖面形状不存在任何限制。
[0033]另外，大包层120具有传输光出射面121、反射光出射面122和光散射面123。其中，传输光出射面121和反射光出射面122的透射度大于光散射面123的透射度。具体而言，作为一个具体示例，结合图1所示，给出了一种能够显著缩短滤除距离的光纤包层光滤除器100的结构示意图。光纤的纤芯和光纤包层110共同构成约束激光信号传播的单包层光纤。其中，信号光在纤芯中传输，而少量溢出的信号光与残余的泵浦光在光纤包层110中传输。大包层120为中空的圆柱体石英材料包层,其与光纤包层110具有相同的材料与特性。如图1所示，可通过高温加热熔接的方式或键合的方式将大包层120与光纤包层110进行一体形成，得到的结果是在光纤包层110与引入的大包层120之间形成了无界面的均匀连接。需要说明的是，上述键合方式连接一般应用于某些小功率的领域，可以简化工艺流程。
[0034]结合图1和图3中上图所示，从左至又为激光(传输光)的传输方向，并对大包层120的传输光出射面121进行如下处理:对该界面进行打磨，抛光，同时在熔接或键合过程中通过一定技术手段减小对该界面的影响，防止表面粗糙度降低以及塌陷。另外，在本发明的一个实施例中，大包层120还包括设置在传输光出射面121上的增透膜。换言之，即在传输光出射面121镀包层传输光对应波长的增透膜，以达到增加透射的目的。
[0035]进一步地，对反射光出射面122进行如下处理:对该界面进行打磨、抛光，同时在熔接或键合过程中通过一定技术手段减少对该界面的影响，防止表面粗糙度降低以及塌陷。另外，还可对反射光出射面122镀包层传输光对应波长的增透膜，以达到增加透射的目的。
[0036]另外，对光散射面123进行毛化处理，以尽快地使传输光从大包层120中发散出去。
[0037]具体地说，上述光纤包层光滤除器100在实际的滤除过程中，当光纤包层110中的传输光接触大包层120后，约束条件由原来的光纤包层110变成了大包层120。在传输过程中，由于与环境相接触的光散射面123被打毛，因此这部分光能量不断的发散到环境中。由于消除了相比于传统折射率匹配滤除器存在的界面，因此，光纤包层光滤除器100可以在更短的距离内把光纤包层I1内的传输光引导进入大包层120中传输。
[0038]而由于光散射面123被打毛，这一部分光能量迅速地发散到环境中。一些小数值孔径的光通过传输光出射面121出射，或者由传输光出射面121反射后由反射光出射面122出射，发散到环境中。通过上述过程即可实现短距离的包层光的滤除。
[0039]另外，在上述具体示例中，如图2所示，也可对大包层120的光散射面123进行抛光处理，而不进行毛化处理，其传输光的传输方向如图3中下图所示。这样，可以使大包层120与光纤包层110具有相似的传输条件，能够约束光纤包层110中的传输光在大包层120中继续传输。具体而言，在该示例中，在光纤包层光滤除器100的实际滤除过程中，当光纤包层110中的传输光接触到大包层120后，约束条件由原来的光纤包层110变为大包层120。在传输过程中，由于与环境接触的光散射面123进行了抛光处理，因此这部分光能量无法发散到环境中，可通过配置传输光出射面121和反射光出射面122与光纤包层110面积比来配置所需的包层中的传输光滤除比例。进一步地，经过配置比例后的需要被滤除的数值孔径的传输光通过传输光出射面121出射，或者由传输光出射面121反射后由反射光出射面122出射，发散到环境中。也即，上述过程实现了可配置滤除比例的传输光滤除过程。
[0040]根据本发明实施例的光纤包层光滤除器，其在原始裸露的光纤包层上熔接或键合与原光纤包层相同材料的大包层，且大包层的传输光出射面和反射光出射面经过了抛光、打磨等处理，大包层的光散射面经过了毛化处理。因此，该光纤包层光滤除器能够滤除激光传输时的包层光功率，可明显地提高滤除器的功率耐受能力以及包层光滤除效率，另外，该光纤包层光滤除器还可避免匹配材料对传输光的吸收而产生的热效应。
[0041]本发明还提出了一种光纤包层光滤除器的形成方法。
[0042]图4是根据本发明一个实施例的光纤包层光滤除器的形成方法的流程图。如图4所示，根据本发明一个实施例的光纤包层光滤除器的形成方法，其中，该光纤包层光滤除器包括光纤包层和大包层，该方法包括以下步骤:
[0043]步骤S401，在光纤包层上熔接或键合与光纤包层相同材料的大包层，大包层具有传输光出射面、反射光出射面和光散射面。其中，在本发明的一个实施例中，光纤包层和大包层的构成材料为石英，从而使大包层与光纤包层形成无界面的均匀连接，可消除发生在界面上的菲涅尔反射，还可消除匹配材料对光的吸收而产生的热效应。且在本发明的另一个实施例中，大包层的界面和轴剖面形状可以为任意形状。
[0044]步骤S402，分别对传输光出射面、反射光出射面进行打磨、抛光处理以提高传输光出射面和反射光出射面的透射度。进一步地，在本发明的一个实施例中，还对传输光出射面加入抑制界面菲涅尔反射的楔角。另外，还对传输光出射面和反射光出射面设置增透膜，以增加其透射度。具体而言，作为一个具体示例，结合图1所示，给出了一种能够显著缩短滤除距离的光纤包层光滤除器的结构示意图。光纤的纤芯和光纤包层共同构成约束激光信号传播的单包层光纤。其中，信号光在纤芯中传输，而少量溢出的信号光与残余的泵浦光在光纤包层中传输。大包层为中空的圆柱体石英材料包层，其与光纤包层具有相同的材料与特性。如图1所示，可通过高温加热熔接的方式或键合的方式将大包层与光纤包层进行一体形成，得到的结果是在光纤包层与引入的大包层之间形成了无界面的均匀连接。需要说明的是，上述键合方式连接一般应用于某些小功率的领域，可以简化工艺流程。
[0045]结合图1和图3中上图所示，从左至又为激光(传输光)的传输方向，并对大包层的传输光出射面进行如下处理:对该界面进行打磨，抛光，同时在熔接或键合过程中通过一定技术手段减小对该界面的影响，防止表面粗糙度降低以及塌陷。另外，在本发明的一个实施例中，还可对传输光出射面上设置增透膜。换言之，即在传输光出射面镀包层传输光对应波长的增透膜，以达到增加透射的目的。
[0046]进一步地，对反射光出射面进行如下处理:对该界面进行打磨、抛光，同时在熔接或键合过程中通过一定技术手段减少对该界面的影响，防止表面粗糙度降低以及塌陷。另夕卜，还可对反射光出射面上设置增透膜。换言之，即在反射光出射面镀包层传输光对应波长的增透膜，以达到增加透射的目的
[0047]步骤S403，对光散射面进行毛化处理以提高传输光发散速度。
[0048]具体地说，在实际的滤除过程中，当光纤包层中的传输光接触大包层后，约束条件由原来的光纤包层变成了大包层。在传输过程中，由于与环境相接触的光散射面被打毛，因此这部分光能量不断的发散到环境中。由于消除了相比于传统折射率匹配滤除器存在的界面，因此，可以在更短的距离内把光纤包层内的传输光引导进入大包层中传输。
[0049]而由于光散射面被打毛，这一部分光能量迅速地发散到环境中。一些小数值孔径的光通过传输光出射面出射，或者由传输光出射面反射后由反射光出射面出射，发散到环境中。通过上述过程即可实现短距离的包层光的滤除。
[0050]另外，在上述具体示例中，如图2所示，也可对大包层的光散射面进行抛光处理，而不进行毛化处理，其传输光的传输方向如图3中下图所示。这样，可以使大包层与光纤包层具有相似的传输条件，能够约束光纤包层中的传输光在大包层中继续传输。具体而言，在该示例中，在实际滤除过程中，当光纤包层中的传输光接触到大包层后，约束条件由原来的光纤包层变为大包层。在传输过程中，由于与环境接触的光散射面进行了抛光处理，因此这部分光能量无法发散到环境中，可通过配置传输光出射面和反射光出射面与光纤包层面积比来配置所需的包层中的传输光滤除比例。进一步地，经过配置比例后的需要被滤除的数值孔径的传输光通过传输光出射面出射，或者由传输光出射面反射后由反射光出射面出射，发散到环境中。也即，上述过程实现了可配置滤除比例的传输光滤除过程。
[0051]另外，在一些实施例中，该方法还包括:通过辅助装置对光纤包层和大包层进行直接冷却，其中，辅助装置包括可容纳光纤的金属壳体、在出射光比较集中处设置的光吸收材料和冷却液体。进一步地，通过冷却液体对金属壳体进行冷却以耗散传输光产生的热量，也可以通过冷却液体对光纤及大包层进行直接冷却，从而可提高滤除能力。
[0052]根据本发明实施例的光纤包层光滤除器的形成方法，在光纤包层上熔接和键合与光纤包层相同材料的大包层，从而可形成无界面滤除特性，消除了发生在界面上的菲涅尔反射，并分别对大包层的传输光出射面和反射光出射面进行打磨、抛光等处理，以提高传输光出射面和反射光出射面的透射度，并对大包层的光散射面进行毛化处理以提高传输光发散速度。因此，该方法能够滤除激光传输时的包层光功率，可明显地提高滤除器的功率耐受能力以及包层光滤除效率，另外，该方法还可避免匹配材料对传输光的吸收而产生的热效应。
[0053]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0054]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0055]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0056]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0057]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0058]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种光纤包层光滤除器，其特征在于，包括: 裸露的光纤包层，由光纤剥除涂覆层后获得； 大包层，所述大包层套设在所述光纤包层上且与所述光纤包层一体形成，所述大包层具有传输光出射面、反射光出射面和光散射面，所述传输光出射面和所述反射光出射面的透射度大于所述光散射面的透射度，所述大包层和所述光纤包层的材料相同。
2.根据权利要求1所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述光纤包层和所述大包层的构成材料为石英。
3.根据权利要求1所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述大包层还包括设置在所述传输光出射面上的增透膜。
4.一种光纤包层光滤除器的形成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 在所述光纤包层上熔接或键合与所述光纤包层相同材料的大包层，所述大包层具有传输光出射面、反射光出射面和光散射面； 分别对所述传输光出射面、反射光出射面进行打磨、抛光处理以提高所述传输光出射面和所述反射光出射面的透射度； 对所述光散射面进行毛化处理以提高传输光发散速度。
5.根据权利要求4所述的光纤包层光滤除器的形成方法，其特征在于，所述大包层的截面和轴剖面形状可以为任意形状。
6.根据权利要求4所述的光纤包层光滤除器的形成方法，其特征在于，还包括: 对所述传输光出射面加入抑制界面菲涅尔反射的楔角。
7.根据权利要求4所述的光纤包层光滤除器的形成方法，其特征在于，还包括: 对所述传输光出射面和所述反射光出射面设置增透膜。
8.根据权利要求4所述的光纤包层光滤除器的形成方法，其特征在于，还包括: 通过辅助装置对所述光纤包层和所述大包层进行直接冷却，其中，所述辅助装置包括容纳光纤的金属壳体、光吸收材料和冷却液体。
9.根据权利要求8所述的光纤包层光滤除器的形成方法，其特征在于，还包括: 对所述金属壳体进行冷却以耗散传输光产生的热量。
10.根据权利要求4-9任一项所述的光纤包层光滤除器的形成方法，其特征在于，所述光纤包层和所述大包层的构成材料为石英。
【文档编号】H01S3/042GK104242026SQ201410429497
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】肖起榕, 巩马理, 付晨, 闫平, 孙骏逸, 李丹 申请人:清华大学