光纤、光纤包层功率滤除器、光纤激光器及光纤制备方法与流程

本申请涉及光纤激光技术领域，特别涉及光纤、光纤包层功率滤除器、光纤激光器及光纤制作方法。

背景技术：

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，具有电光转换效率高、光束质量好、体积小、维护成本低等优点而广泛应用于激光3d打印、激光焊接、激光清洗等领域。

光纤激光器分为脉冲光纤激光器和连续光纤激光器，连续光纤激光器一般采用连续光纤谐振器直接输出或者连续光纤谐振腔种子+光纤放大的方式输出；脉冲光纤激光器的光路一般采用调q光纤谐振腔种子+光纤放大或者调制半导体激光种子+光纤放大的方式。光纤放大光路一般都是以光纤谐振腔或半导体激光为种子光源，放大器中有源光纤对注入的种子光再进一步放大。光纤谐振腔包括高反光栅、低反光纤、有源光纤，这一对高低反光栅选择特定波长的光，有源光纤则对该特定波长的光进行振荡放大并输出激光。

位于内包层的泵浦光并不能被有源光纤的纤芯全部吸收，所以仍有一小部分的泵浦光残留在光纤内包层中，该残留泵浦光会影响激光器的稳定性和光学性能。

技术实现要素：

本申请提供光纤、光纤包层功率滤除器、光纤激光器及光纤制作方法，以解决光纤内包层残留泵浦光的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是提供一种光纤，包括：

光纤，该光纤包括纤芯和内包层，内包层包覆纤芯，内包层具有第一折射率，内包层用于反射传输泵浦光，纤芯用于传输激光且吸收泵浦光，其中内包层内形成有滤除窗，滤除窗具有第二折射率，第一折射率与第二折射率相异，滤除窗用于将内包层内残留的泵浦光从内包层沿所述滤除窗折射导出。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种光纤包层功率滤除器，该光纤包层功率滤除器包括：壳体以及上述本申请提供的光纤。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种光纤激光器，该光纤激光器包括上述本申请提供的光纤包层功率滤除器。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种光纤制作方法，该方法包括：

提供一光纤；

去除光纤局部区域的涂覆层和外包层以裸露出包覆纤芯的内包层；

对内包层进行光刻处理以在内包层内形成滤除窗，其中，滤除窗的折射率与内包层的折射率相异，滤除窗用于将内包层内残留的泵浦光导出。

本申请的有益效果是：通过在内包层内形成滤除窗，使得内包层的第一折射率n1与滤除窗的第二折射率n2相异，从而能够将内包层中残留的泵浦光通过滤除窗折射导出，而使得残留的泵浦光不在内包层中继续传输，因此能够降低残留的泵浦光对光纤可靠性和稳定性的影响，并且不需要对内包层结构进行打孔、腐蚀等破坏性操作，能够确保内包层结构完整性，进而能够确保光纤的强度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是现有光纤一实施例的结构示意图；

图2是本申请光纤一实施例的结构示意图；

图3是图2中区域a的局部放大示意图；

图4是图3中区域b的局部放大示意图；

图5是本申请光纤另一实施例的结构示意图；

图6是本申请光纤又一实施例的结构示意图；

图7是本申请光纤包层功率滤除器一实施例的结构示意图；

图8是图7中区域m的局部放大示意图；

图9是本申请光纤激光器一实施例的结构示意图；

图10是本申请光纤制作方法一实施例的流程示意图；

图11是现有光纤一实施例的结构示意图；

图12是现有光纤剥除局部区域涂覆层和外包层后一实施例的结构示意图；

图13是本申请光纤一实施例的结构示意图；

图14是本申请光纤制作方法另一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一件分实施例，而不是全件的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。

光纤激光器一般是使用双包层光纤进行包层泵浦，如图1所示，双包层光纤由中心到外层可依次包括纤芯10、内包层20、外包层30以及涂覆层40。纤芯10用于传输激光。内包层20可以是由硅玻璃制成，起到约束纤芯10中传播的激光的作用，以及泵浦光的多模波导的作用。内包层20的na(numericalaperture，数值孔径)较大，所以在内包层20中传播的泵浦光的功率密度低。因此，用大功率多模ld可以进行高效泵浦。外包层30由低折射率聚合物(树脂材料)制成，相对泵浦光起到包层的作用。因为需要内包层20的na要高，所以内包层20和外包层30的折射率差做得比较高。

双包层光纤的纤芯10中掺yb³⁺等稀土类离子时，横穿过纤芯10的泵浦光对纤芯10中的稀土类离子进行泵浦，信号光得到放大(泵浦光到信号放大光的能量转换)。放大的信号光被约束在内包层20，在低na和截面积小的纤芯10中传播。这时因为纤芯10的na较低，信号放大光中的高次模得到抑制。na和截面积小的纤芯10中放射出的光信号放大拥有良好的光束品量和良好的聚光特性。由于光纤纤芯10的吸收系数和长度有限，在泵浦光注入光纤纤芯10后，泵浦光的光强虽然呈指数衰减，但是仍有部分泵浦光无法被纤芯10吸收。由于光纤内包层20和纤芯10的na有较大差异，残留的泵浦光发散角远大于纤芯10的发散角，因此将会降低光纤输出激光信号的稳定性和激光光束质量等。

在一些应用场景中，可以在内包层20的外表面涂覆一层光学胶，从而通过光学胶将内包层20中的泵浦光导出，但是上述方法对胶的匹配要求高，容易导致光学胶处的温度急剧升高，容易对光纤以及后续应用造成影响，并且该方式制作工艺难度大，还增加了整根光纤的厚度。另外，还可以通过化学腐蚀或者超快激光打孔等方式作用在内包层20上，对内包层20进行破坏性的腐蚀和打孔，从而破坏内包层20外表面的结构，但是上述方式容易导致光纤变脆，进而容易导致光纤断裂，容易对光纤的可靠性造成影响。

因此，本申请提供多种光纤实施例，一并参阅图2和图3，该光纤100包括纤芯10、内包层20、外包层30、涂覆层40和滤除窗60。

继续结合参阅图2和图3，内包层20包覆纤芯10，内包层20具有第一折射率n1用于反射传输泵浦光50。纤芯10用于传输激光且吸收泵浦光50。其中，内包层20可以为硅酸铅玻璃或者掺杂其它元素的材质等。内包层20内形成有滤除窗60。滤除窗60可以是朝向纤芯10一侧。可以理解，滤除窗60可以是相对纤芯10周向分布。滤除窗60在纤芯10的轴向方向上可以是一组或者多组间隔分布，当沿纤芯10的轴向方向的数量为多组间隔分布时，从整体上看，轴线方向上的多组滤除窗60形成了一定长度的滤除区段61。滤除窗60具有第二折射率n2。第一折射率n1与第二折射率n2相异，例如，第一折射率n1可以是小于第二折射率n2，当然第一折射率n1也可以是小于第二折射率n2，只要能够使得内包层20中残留的泵浦光50无法继续在内包层20内反射传输即可。滤除窗60用于将内包层20内残留的泵浦光50从内包层20沿滤除窗60折射导出。由于第二折射率n2大于第一折射率n1，因此，内包层20中残留的泵浦光50遇到滤除窗60时，将折射进入滤除窗60，进而再从滤除窗60中导出。

可以理解，本申请实施例的光纤100是在完整的光纤上进行局部的外包层30和涂覆层40的剥除后露出内包层20，然后在内包层20上进行处理(例如光刻处理)形成滤除窗60，使得光纤100的某一局部段上形成有一段滤除区61。因此在未被处理的其它区域(例如图2中的两端)仍然具有如图1所示的完整结构。当然该被剥除后的形成有滤除窗60的光纤100可以直接放置到其它装置(例如滤除器或者激光器等)中使用；也可以在形成有滤除窗60的内包层20上进一步涂覆其它保护层进行保护等(例如光纤100未使用而是处于销售等状态)，也就是说本申请实施例的光纤100的实际状态可以根据实际需要进行进一步的设置，在此不作具体限定。

通过在内包层20内形成滤除窗60，使得内包层20的第一折射率n1与滤除窗60的第二折射率n2相异，从而能够将内包层20中残留的泵浦光50通过滤除窗60折射导出，而使得残留的泵浦光50不在内包层20中继续传输，因此能够降低残留的泵浦光50对光纤100可靠性和稳定性的影响，并且不需要对内包层20结构进行打孔、腐蚀等破坏性操作，能够确保内包层20结构完整性，进而能够确保光纤100的强度。

在一些实施例中，结合参阅图4，滤除窗60的外轮廓可为规则形状或者无规则形状，例如滤除窗60的外轮廓可以是半椭圆形、半圆形、凸起状或者波浪形等。具体在此不作限定。滤除窗60的大小在此不作具体限定，只要能够满足将泵浦光50导出即可。滤除窗60还可包括沿内包层20的径向阶梯逐渐增大的第三折射率、第四折射率……第n折射率。可以理解，滤除窗60内部可以是整体均匀分布的介质，因此滤除窗60具有第二折射率n2。滤除窗60内部也可以形成阶梯分布的多层介质，例如滤除窗60内沿远离纤芯10方向可依次包括第一层、第二层、第三层、第四层……第n层，其中n为正整数，n大于等于2。其中第一层具有第三折射率，第二层具有第四折射率，以次类推。其中，第三折射率小于第四折射率、第四折射率小于第五折射率，以此类推。泵浦光50可以是先进入第一层，然后依次折射由第n层射出，当然，泵浦光50也可以直接进入第三层或者第四层等，然后依次折射由第n层射出。也即泵浦光50可以对应滤除窗60的外轮廓相应选择对应的入射层，只要能够实现泵浦光50通过滤除窗60导出即可，具体在此不作限定。通过上述方式，可以使得滤除窗60内进一步形成梯度分布的折射率，从而可以使泵浦光50在滤除窗60中发生较大角度的偏折，有利于将泵浦光50从滤除窗60中导出。

在一些实施例中，参阅图3，滤除窗60可为多组，例如4组、5组、7组等，具体数量在此不作限定。多组滤除窗60之间的间隔距离沿光纤纤芯10传输激光的方向逐渐减小或者保持不变。如图3所示的实施例，位于纤芯10中的箭头指向即为激光的传输方向。可以理解，由于间隔设置了滤除窗60，则越往激光传输方向的残留泵浦光50越少，而越背离激光传输方向的残留泵浦光50越多，则相应的能量也越大，对应引起的温度波动也越大，因此通过滤除窗60之间的间隔距离沿光纤纤芯10传输激光的方向逐渐减小，可以更加均匀地分散泵浦光50的能量，使得泵浦光50带来的温度分布更加均匀，可以降低局部温度过高的情况发生。另外通过设置多组滤除窗60可以更加彻底地滤除内包层20中残留的泵浦光50，提升滤除残留泵浦光50的效率。

可选地，参阅图3，滤除窗60可靠近内包层20的外侧面，也即滤除窗60位于内包层20且与内包层20的远离纤芯10的侧面，从而可以使得泵浦光50不再经过和进入内包层20，而是可以直接从滤除窗60中导出，同时还可避免滤除窗60与纤芯10之间的相互干扰。滤除窗60与纤芯10之间具有预设距离。可以理解，滤除窗60的外轮廓不可抵接纤芯10，也即滤除窗60的最大厚度不可大于内包层20的半径。由于泵浦光50的入射角不一定，因此如果滤除窗60的最大厚度等于或者大于内包层20的半径，则残留泵浦光50无法分段在内包层20中传输，所有残留的泵浦光50可能都将进入滤除窗60，因此容易造成泵浦光50滤除不干净，并且所有残留的泵浦光50进入同一滤除窗60，泵浦光50能量高，容易造成局部温度急剧上升，使得温度分布不均匀，进而容易对光纤100造成损坏。通过上述方式可以分段对残留的泵浦光50进行导出，可以使得光纤100上的温度分布更加均匀。

在一些实施例中，结合参阅图5和图6，每一组滤除窗60可为沿内包层20的周向间隔环绕设置的多个离散块或者滤除窗60可为沿内包层20的周向形成的连续环状圈。可以理解，在内包层20的周向上，滤除窗60的分布可以是离散块均匀间隔环绕纤芯10，在沿激光的传输方向上，多组间隔分布的滤除窗60在垂直纤芯10的平面投影都重合，也即从垂直纤芯10的平面看，各组滤除窗60仍是相互间隔环绕。当然，在沿激光的传输方向上，多组间隔分布的滤除窗60在垂直纤芯10的平面投影也可不重合，而是交错分布，也即从垂直纤芯10的平面看，各组滤除窗60相互紧靠在一起。通过沿内包层20的周向间隔环绕设置的多个离散块状的滤除窗60，可以使得内包层20中温度分布更加离散均匀。通过将滤除窗60设为沿内包层20的周向形成的连续环状圈，从而更加充分地将残留的泵浦光50滤除，也可以使得内包层20中温度分布更加连续均匀。

参阅图7，图7是本申请光纤包层功率滤除器200一实施例的结构示意图，该光纤包层功率滤除器200包括壳体210以及上述的光纤100。

壳体210可以是长条形或者圆柱形等，壳体210可以是金属、金属合金或者陶瓷等材料制成。壳体210用于吸收残留的泵浦光50并进行热量的传导。光纤100穿设壳体210，滤除窗60可位于壳体210内。可以理解，光纤100固定封装在壳体210上，滤除窗60可全部位于壳体210内部，也即滤除区61位于壳体210内。该光纤包层功率滤除器200可以用于配合其它装置(例如激光器等)共同工作。其中，滤除窗60可用于滤除内包层20中残留的泵浦光50，关于滤除的具体结构和滤除原理可参阅上述实施例的描述，此处不再赘述。

在一些实施例中，参阅图7和图8，光纤包层功率滤除器200还可包括冷却流体220，冷却流体可以是水、盐水或者气体等。冷却流体220填充于壳体210内，冷却流体220可以直接与内包层20的外表面接触。冷却流体220的折射率与内包层20和滤除窗60的折射率匹配以用于将来自滤除窗60的泵浦光50导至壳体210，可以理解，冷却流体220的折射率可以大于滤除窗60的折射率，因此从滤除窗60导出的泵浦光50通过冷却流体220折射至壳体210上，并且在冷却流体220中的泵浦光50也无法再进入内包层20中。

壳体210还可包括流体进口(图未示出)和流体出口(图未示出)，流体进口和流体出口位于壳体210的两端，冷却流体220从流体进口流入，从流体出口流出，冷却流体220用于将光纤包层功率滤除器200产生的热量带出。可以理解，泵浦光从冷却流体220中射至壳体210上从而可以被壳体210吸收，进而产生热量，通过在壳体210设置流体进口和流体出口以形成流动通道，从而可以通过冷却流体220将产生的热量带走，进而可以实现对光纤包层功率滤除器200的冷却，可以避免光纤包层功率滤除器200温度过高。并且冷却流体220可直接与滤除窗60接触，在整体光纤包层功率滤除器200温度降低时，光纤包层功率滤除器200可滤除的泵浦功率也更高，稳定性也更好，进而提升光纤包层功率滤除器200滤除效率。

参阅图9，图9是本申请光纤激光器300一实施例的结构示意图，该光纤激光器300包括泵浦光源以及如上述实施例所述的光纤包层功率滤除器200，具体滤除残留的泵浦光的原理和工作方式可参阅上述实施例的描述，此处不再赘述。通过上述方式，可以使得光纤激光器300射出的激光光束质量更好、更稳定。

参阅图10，图10是本申请光纤100制作方法一实施例的流程示意图，该制作方法包括以下步骤：

s11：提供一光纤。

参阅图11，提供一光纤101，该光纤101的最外层为涂覆层40，光纤101可以是具有一定长度一完整的光纤，完整是相对后续剥除和光刻而言，即光纤101还未进行后续步骤s12和s13之前的状态。光纤101的长度例如可以是10cm-100cm等。可结合图1，该段光纤101从中心到最外层可依次包括纤芯10、内包层20、外包层30以及涂覆层40等结构。

s12：去除光纤局部区域的涂覆层和外包层以裸露出包覆纤芯的内包层。

具体地，为了不在去除过程中发生激烈晃动导致纤芯10弯折，可以先将光纤101两端固定在固定座(图未示出)，然后再利用剥纤器等工具手动依次剥除中间局部区域的涂覆层40和外包层30，最终使得内包层20裸露出来，从而得到光纤102。如图12为剥除局部区域涂覆层40和外包层30后得到的光纤102的结构示意图，光纤102两端外表面仍是涂覆层40，中间的部分为露出的内包层20。

可选地，在步骤s12之后，还可包括对内包层20进行清洗，例如使用酒精等进行内包层20的外表面的擦拭，从而使得内包层20的外表面保持干净。

s13：对内包层进行光刻处理以在内包层内形成滤除窗，其中，滤除窗的折射率与内包层的折射率相异，滤除窗用于将内包层内残留的泵浦光导出。

在本步骤中，可以使用掩膜等预设所需要光刻形成的滤除窗60的大小以及形状等，然后通过特殊光(例如紫外激光等)照射掩膜形成滤除窗60，例如可以根据需要相应控制光的功率密度、照射时间以及照射位置等，从而得到所需形状或者大小的滤除窗60。具体地，可以使用掩膜利用光一次照射内包层20的多个区域从而批量形成得到滤除窗60。当然也可以是对内包层20的单个区域进行照射，通过多次照射形成批量的滤除窗60，当然在一些实施例中，也可以不使用掩膜直接进行照射。可以理解，内包层20内可以掺杂硅酸铅玻璃等，或者掺杂其它能够与光反应以改变其折射率的元素，通过特殊的光照射内包层20，则会改变内包层20被照射处的光学性能，例如折射率等，通过控制光的功率密度、照射时间以及照射位置等可以得到与内包层20的折射率相异的滤除窗60，例如滤除窗60的折射率大于内包层20的折射率。如图13所示为处理后得到的光纤100的结构示意图，光纤100两端的外表面仍是涂覆层40，中间的内包层20上形成有滤除窗60，可结合图2，当多个滤除窗60间隔分布时，形成了滤除区61，滤除窗60和两端的涂覆层40之间还有部分露出的内包层20。

在一些实施例中，参阅图14，步骤s13还可包括：

s131：使用紫外激光对内包层的侧面进行照射。

在本步骤中，可参阅图5，可相应调整紫外激光70的大小，利用紫外激光70对内包层20的侧面进行照射，当然为了使照射更加准确，还可以使用掩膜等。具体地，可以是利用紫外激光70进行多次环绕地照射以形成周向间隔环绕纤芯10设置的多个离散块状的滤除窗60。可以控制紫外激光70环绕的周向移动距离。从而可形成均匀间隔的离散块状隔环绕纤芯10，在沿纤芯10传输激光的方向上，多组间隔分布的滤除窗60在垂直纤芯10的平面投影都重合，也即从垂直纤芯10的平面看，各组滤除窗60仍是相互间隔环绕。当然，在沿纤芯10激光的传输方向上，多组间隔分布的滤除窗60在垂直纤芯10的平面投影也可不重合，而是交错分布，也即从垂直纤芯10的平面看，各组滤除窗60相互紧靠在一起。当然也可以控制紫外激光70均匀周向地环绕内包层20移动，从而在内包层20的侧面照射以形成连续环状圈状的滤除窗60。通过上述方式，可以降低光刻过程中紫外激光70对其它区域(例如纤芯10等)造成影响的概率，可以提升光刻位置的准确度。

s132：在不同时段控制紫外激光的功率大小和距离以形成具有沿内包层的径向阶梯分布的至少两种折射率的滤除窗。

具体地，可以根据内包层20内的具体材料属性和紫外激光的特性进行匹配，例如，当调整紫外激光70的功率越大则对内包层20的光学性能影响也就越大，因此可以得到折射率更高的滤除窗60，当然，具体情况可以根据内包层20中的材料不同而有不同的反应过程，具体不作限定。例如，可以随着照射时间的增加逐渐增大紫外激光的功率大小并相应缩短照射距离等，从而可以形成沿内包层20远离纤芯10径向阶梯分布的至少两种折射率的滤除窗60，并且折射率沿远离纤芯10径向逐渐增大。可选地，若是使用的紫外激光70的场分布不均匀，则可以相应形成具有无规则形状外轮廓的滤除窗60。

当然在其它实施例中，还可以结合其它波长的光等共同协作照射以形成滤除窗60，此处不作限定。

s133：控制紫外激光的照射位置以在内包层上形成间隔分布的滤除窗，其中，在沿光纤纤芯传输激光的方向上滤除窗间隔距离逐渐减小或者保持不变。

在本步骤中，可以控制紫外激光70沿光纤纤芯10传输激光的方向上移动，每隔一段距离进行照射，照射方向可以是与激光传输方向垂直等。并且移动距离的大小沿光纤纤芯10传输激光的方向上逐渐减小或者保持不变，从而可以形成沿激光传输方向间隔距离逐渐减小或者保持不变的滤除窗60，从而可以降低光纤100局部温度过高的情况发生。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。