一种光纤包层功率剥除器的制作方法

本申请涉及光学元件、系统或仪器领域，尤其涉及一种光纤包层功率剥除器。

背景技术：

高功率光纤激光器及光纤放大器的主流方案是使用双包层增益光纤实现激光增益放大，最终实现高功率激光输出，具体技术方案大概如下：双包层增益光纤包括掺杂稀土元素的纤芯、具有一定形状结构的内包层及外部保护涂层，在激光器或放大器中双包层增益光纤作为核心部件之一，其工作原理为，将多模泵浦激光注入到双包层增益光纤的内包层中，由于内包层的特殊结构，注入到内包层的泵浦激光将通过掺杂稀土元素的纤芯并被吸收，实现放大纤芯中激光的功能。

如上述激光放大原理，实际使用中，由于需要控制激光参数及激光功率，注入到双包层增益光纤中的泵浦激光不可能完全被纤芯所吸收，所以难免会在后续光路中残留未被吸收的泵浦激光，当激光器功率较高时，残留的泵浦激光也较高。实现万瓦级激光输出时，需要处理的包层泵浦激光将达数百至上千瓦。

当使用高功率激光器时，如用于激光切割、焊接等领域时，由于工件反射等原因，会有大量激光从外部返回至激光输出头，该反射光也可能达到数百至上千瓦级别。

包层泵浦残留光或者反射光对激光系统会造成极其不利的影响，甚至会毁坏激光及加工设备，所以将该无用激光功率剥除显得至关重要。

现有的光纤包层功率剥除器有使用高折射率胶水破坏光纤波导结构而将激光剥离包层的方法，该方式可实现剥除功能，但是由于光纤直径较细，散热难度极大，所以难以在高功率条件下使用；针对该问题，另一优化方式是将光纤包层分段逐渐变大，使功率密度稀释，散热面增大后滤除，但是该过程对光纤纤芯实际上是有破坏的，会损伤光纤内部传输的激光质量；也有使用透光液体金属合金材料实现激光散射方式进行剥除，该方式可以实现高功率剥除，但是由于核心物质为液体，导致封装使用较困难，工艺复杂。

技术实现要素：

本申请的目标在于提供一种适于在高功率条件下使用的光纤包层功率剥除器。

本申请的目标由一种光纤包层功率剥除器实现，该剥除器包括光纤，所述光纤中间至少包括第一和第二无覆层段，第一无覆层段的包层厚度大于第二无覆层段的包层厚度，第一无覆层段的包层由第一高透光材料层包围，第二无覆层段的包层由第二高透光材料层包围，第一和第二高透光材料层由散射体包围，所述散射体由水冷盒包围，所述光纤的两端从水冷盒伸出。

本实用新型采用分段剥除和水冷散热,将光纤包层中的光先在包层表面剥除一次,再在包层腐蚀区进一步剥除,通过高透光材料将光纤包层中传输的光引导进散射体，通过散射体表面将剥除的光产生的热量通过水冷循环散去从而降低因剥除包层光而产生的高温即可以有效解决因剥除大功率光纤包层光产生的发热问题，同时使双包层光纤剥除较高包层功率而不会对光纤结构产生破坏。

附图说明

本实用新型将在下面参考附图并结合优选实施例进行更完全地说明。

图1为根据本实用新型一实施例的光纤包层功率剥除器的示意图。

图2为根据本实用新型另一实施例的光纤包层功率剥除器的示意图。

为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本实用新型所必要的细节，而省略其他细节。

具体实施方式

通过下面给出的详细描述，本实用新型的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本实用新型优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。

图1示出了根据本实用新型第一实施例的光纤包层功率剥除器的示意图。如图1中所示，该实施例的剥除器包括光纤10、散射体6和水冷盒7，光纤10包括涂覆层1、内包层2和纤芯，内包层2包围纤芯，涂覆层1包围内包层2。所述光纤10中间包括第一无覆层段101、第二无覆层段102和第三无覆层段103，第二无覆层段102位于第一无覆层段101和第三无覆层段103之间，第一无覆层段101和第三无覆层段103通过直接去除涂覆层1获得，第二无覆层段102通过先剥去涂覆层然后使用例如氢氟酸溶液将内包层腐蚀掉一部分但不破坏纤芯结构而获得。第一和第三无覆层段的包层上涂覆有第一高透光材料如第一高透光UV固化材料4，第二无覆层段的包层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是一种折射率实质上等于光纤内包层折射率的UV固化材料，术语“实质上等于”在此例如意为与光纤内包层折射率相差在±0.02％以内，将第一高透光UV固化材料涂覆到剥去涂覆层后的内包层表面，可以使光纤包层中传输的光透射至第一UV固化材料中。第二高透光材料5是一种折射率略高于光纤内包层折射率的UV固化材料，将其涂覆到剥去涂覆层并腐蚀至一定直径后的双包层光纤表面，可以使双包层光纤包层中传输的光尽量多的透射至第二UV材料中。第一、第二和第三无覆层段分别由一散射体如蓝宝石散射体包围。在另一实施例中，第一、第二和第三无覆层段共同由一蓝宝石散射体包围。第一和第三无覆层段的包层和与其对应的蓝宝石散射体之间充满第一高透光材料4，第二无覆层段的包层与其对应的散射体之间充满第二高透光材料5。蓝宝石散射体是一种折射率略高于第二高透光UV材料的蓝宝石晶体，其形状为内圆外方或者柱型管状，可以套在涂满高透光UV材料的光纤上，通过UV光的照射使双包层光纤、高透光UV材料和蓝宝石散射体紧密结合并固定在一起，从双包层光纤包层透出的光经过高透光UV材料进入蓝宝石散射体。在实施例中，在高功率应用时，第一UV材料和第二UV材料中还可掺入一定比例的蓝宝石散射微粒，蓝宝石散射微粒不会吸收进入其内部的激光，而是将进入其内部的激光散射到各个方向。光纤两端带有覆层的段的一部分及所有蓝宝石散射体及其包围的部分由水冷盒包围，水冷盒是由进水口、出水口和盒体组成的连通体，可以接上水管形成水冷循环，其盒体形状可以是方形、圆柱形或其它形状，进水口和出水口位置可根据需要进行调整，整个盒体将蓝宝石散射体和部分光纤密封在一起，使之可以通过水冷循环降低蓝宝石散射体上因大功率光产生的高温。光纤的两端从水冷盒伸出以用于与剥除器使用场合的光纤熔接。

具体地，例如，该实施例包括双包层光纤20/250NA0.08/0.46，其纤芯、内包层、涂覆层直径分别为20um、250um、400um，纤芯、内包层折射率分别为1.4595、1.4573，将其涂覆层1剥去长度约6cm，将剥好的表面用蘸酒精的棉纸擦拭干净后将中间约2cm用氢氟酸溶液腐蚀至其包层直径减小至150um左右形成第一、第二和第三无覆层段，用高浓度酒精将裸露的包层2与腐蚀锥区3冲洗干净。在腐蚀锥区3表面涂满第二高透光UV固化材料5，该材料折射率为1.55，然后穿上蓝宝石散射体6，在蓝宝石散射体6与腐蚀锥区3之间充满第二高透光UV固化材料5，然后使用UV光照射蓝宝石散射体6，使光纤腐蚀锥区3、第二高透光UV固化材料5、蓝宝石散射体6紧密结合并固定在一起。在包层2表面涂满第一高透光UV固化材料4，该材料折射率为1.46，然后穿上蓝宝石散射体6，在蓝宝石散射体6与光纤包层2之间充满第一高透光UV固化材料4，然后使用UV光照射蓝宝石散射体6，使光纤包层2、第一高透光UV固化材料4、蓝宝石散射体6紧密结合并固定在一起。

然后将蓝宝石散射体6(包含第一、第二和第三无覆层段及第一和第二高透光UV固化材料)和部分光纤涂覆层1一起密封在水冷盒7内，水冷盒7与入水口A和出水口B一起组成连通体，可以接上水管形成水冷循环从而给蓝宝石散射体6表面降温。

该例子的20/250双包层光纤包层功率剥除器，包层功率剥除率高达23dB，信号插损小于0.1dB，在承受纤芯传输功率1500W，滤除包层泵浦激光功率约180W条件下稳定工作。

图2示出了示出了根据本实用新型第二实施例的光纤包层功率剥除器的示意图，其与第一实施例类似，但第二无覆层段至少包括第一、第二和第三腐蚀段，其中第一和第三腐蚀段的包层厚度小于第一无覆层段的包层厚度并大于第二腐蚀段的包层厚度。

具体地，例如，该实施例包括双包层光纤20/400NA0.06/0.46，其纤芯、内包层、涂覆层直径分别为20um、400um、550um，纤芯、内包层折射率分别为1.4585、1.4573。由于该光纤内包层直径相对较大，使用直接腐蚀到150um的方法会导致光纤易断，而且不利于包层激光平稳剥除，所以本实施例采用分段腐蚀方式进行：将其涂覆层1剥去长度约6cm，将剥好的表面用蘸酒精的棉纸擦拭干净后将中间约4cm用HF溶液中腐蚀至其包层直径减小至250um左右，将腐蚀至250um包层部分的中间约2cm用HF溶液中腐蚀至其包层直径减小至150um左右，用高浓度酒精将裸露的包层2与腐蚀锥区3冲洗干净。在腐蚀锥区3表面涂满第二高透光UV固化材料5，该材料折射率为1.55，然后穿上蓝宝石散射体6，在蓝宝石散射体6与腐蚀锥区3之间充满第二高透光UV固化材料5，然后使用UV光照射蓝宝石散射体6，使光纤腐蚀锥区3、第二高透光UV固化材料5、蓝宝石散射体6紧密结合并固定在一起。在包层2表面涂满第一高透光UV固化材料4，该材料折射率为1.46，然后穿上蓝宝石散射体6，在蓝宝石散射体6与光纤包层2之间充满第一高透光UV固化材料4，然后使用UV光照射蓝宝石散射体6，使光纤包层2、第一高透光UV固化材料4、蓝宝石散射体6紧密结合并固定在一起。

然后将蓝宝石散射体5和部分光纤涂覆层1一起密封在水冷盒7内，水冷盒7与入水口A和出水口B一起组成连通体，可以接上水管形成水冷循环从而给蓝宝石散射体6表面降温。

该例子的20/400双包层光纤包层功率剥除器，包层功率剥除率高达23dB，信号插损小于0.1dB，纤芯传输高功率，可在滤除包层泵浦激光功率约500W条件下稳定工作。

除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”均包括复数含义(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“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个或多个其他特征、操作、元件、部件和/或其组合。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必精确按照所公开的顺序执行。

一些优选实施例已经在前面进行了说明，但是应当强调的是，本实用新型不局限于这些实施例，而是可以本实用新型主题范围内的其它方式实现。