一种光纤器件及其制作方法与流程

本发明涉及光纤激光器技术领域，特别是一种光纤器件及其制作方法。

背景技术：

随着光纤激光器的发展，其功率逐渐增高，然而，仍有两个关键因素制约其发展：

第一，包层中包含着大功率杂散光，其中包括：⑴未被增益光纤有效吸收的残余泵浦光，⑵光纤熔点处泄露的纤芯信号激光，⑶纤芯激光高阶模在传输过程中因波导条件变化而发生的泄露等。对于千瓦级光纤激光器，包层中杂散光功率在200W左右。目前利用传统工艺研制的包层光剥离器难以满足千瓦级光纤激光器的研制需求。

加拿大ITF公司处于大功率光纤无源器件研发的全球领先地位，其相关产品仅能承受100W。其处理工艺仅仅是在光纤包层外涂覆相应折射率的紫外固化胶，以破坏包层全反射条件，如说明书附图中图2所示，然后将器件用高导热性能材料封装。

如说明书附图中图3所示，其他消除包层全反射条件的处理工艺还包括：⑴用砂纸等粗糙材料打磨光纤表面，使之粗糙；⑵用氢氟酸腐蚀光纤包层，改变几何尺寸，并且由于酸腐蚀作用，包层表面更加粗糙。

第二，纤芯中有高阶模传输。目前大功率光纤激光器通常使用的光纤规格是20/400um NA0.06，归一化频率V＝3.04＞2.4，不是单模光纤，而是少模光纤。通常情况下，在同种规格的无源光纤中，基模与高阶模之间的功率大概为8:2。若在谐振腔和功率放大阶段进行模式控制，那么在千瓦级输出的情况下， 高阶模功率应在百瓦级。

高阶模的存在有两个弊端：⑴降低基模放大效率；⑵高阶模发散角大于基模发散角，不利于输出准直。此外，如果用带有金属外壳的光纤端帽输出，那么具有较大发散角的高阶模会射到金属内壁，使端帽外壳变热，破坏器件。

传统高阶模剔除采用光纤盘绕方式，入射端面上各点孔径角不同，沿光纤弯曲方向由大变小。盘绕方式采用的光纤盘直径通常不小于9cm，占用空间大，如说明书附图中图4所示。

显然，上述两种器件，即包层光剥离器与光纤盘都无法满足日益增加的激光器功率要求。

因此，提供一种能够一体化的剥离光纤包层光和光纤纤芯中的高阶模的光纤器件及其制作方法成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光纤器件及其制作方法，可以将包层光剥离与纤芯激光高阶模剔除一体化的光纤器件，实现提高包层光损耗系数、提高包层光剥离的功率损伤阈值、优化纤芯激光光束质量，适合作为大功率全光纤激光器级联器件，或与光纤端帽集成。

为实现上述目的，本发明提供一种光纤器件及其制作方法。其中，光纤器件制作方法包括如下步骤：

A.将由包层和光纤纤芯构成的光纤的一端进行高温处理并拉锥；

B.对所述光纤的拉锥部分进行TEC热处理；

C.在所述光纤表面设置涂覆胶；

D.将所述光纤进行散热。

优选的，步骤A中的高温处理并拉锥方式为熔融拉锥。

优选的，步骤B中设置的涂覆胶为折射率相同的同一种紫外固化胶。

优选的，步骤B中设置的所述涂覆胶为折射率不同的至少两种紫外固化胶并分段涂覆在所述光纤表面。

优选的，步骤D中散热方式为风冷或热沉封装制冷。

本发明还提供一种光纤器件，由上述光纤器件制作方中的任意一种方法制成。

利用本发明所提供的光纤器件及其制作方法，可以一体化的进行包层光剥离和纤芯激光高阶模剔除，从而提高包层光损耗系数，提高包层光剥离的功率损伤阈值，优化光纤纤芯激光光束质量。

附图说明

图1为含有光纤纤芯、包层及涂覆层的光纤与光传输路径示意图；

图2为仅涂覆高折射率涂覆胶的包层光剥离器及光传输路径示意图；

图3为结合利用研磨或酸腐蚀方式的包层光剥离器及光传输路径示意图；

图4为盘绕选模及光传输路径示意图；

图5为经熔融拉锥后的光纤与光传输路径示意图；

图6为熔融拉锥后统一设置涂覆胶的光纤与光传输路径示意图；

图7为熔融拉锥后分段涂覆不同折射率涂覆胶的光纤与光传输路径示意图；

图8为经熔融拉锥与TEC技术热处理后的光纤与纤芯激光的传输示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明所提供的一种光纤器件及其制作方法，可以一体化的进行包层光剥离和纤芯激光高阶模剔除，从而提高包层光损耗系数，提高包层光剥离的功率损伤阈值，优化光纤纤芯激光光束质量，适合作为大功率全光纤激光器级联器件，或与光纤端帽集成。该种光纤器件的制作方法具体步骤如下：

A.将由包层和光纤纤芯构成的光纤的一端进行高温处理并拉锥，如果光纤除包层和光纤纤芯之外还在包层之外设置了其他包裹层如涂覆层，则将其他包裹曾剥离后进行高温处理并拉锥；本发明所用的高温处理方法，其工艺不限，既可以是熔融拉锥，熔融拉锥的加热方式可以是电阻丝加热，电极放电加热，CO2激光器加热，也可是其他高温加热方式，另外高温处理的工艺参数也不限，如加热时间、加热温度或步进电机位移量。光纤纤芯高阶模信号光由于模场直径变小而无法继续传播，由传输模变成辐射模进入包层。包层杂光入射角增加，全反射条件被破坏，从而达到包层光剥离与光纤纤芯激光高阶模剔除的功能。

B.对所述光纤的拉锥部分进行TEC技术加热，TEC技术加热的方式也不限；随着高温处理并拉锥后，光纤纤芯直径变小，纤芯激光基模功率损耗不断增加。为了控制基模功率损耗，对光纤高温处理并拉锥后再用TEC加热技术对光纤拉锥部分进行加热，以达到光纤包层与光纤纤芯不同比例的变化效果。

C.在所述光纤表面设置涂覆胶；本文多提出的涂覆胶，可以是单一折射率的涂覆胶，也可以是不同折射率的两种以上的涂覆胶，涂覆胶既可以选用紫外固化胶，也可以是其他用于光纤包层涂覆的常用涂覆胶，在使用不同折射率涂覆胶时，并在光纤上分段涂覆。

D.将所述光纤进行散热，散热方式可以用液体制冷、风冷等方式，也可以通过热沉封装制冷，可以提高本文所发明的光纤器件制作方法制出的光纤器件的损伤功率阈值。

本发明还提供根据上述制作方法得到光纤器件。

现结合具体实施例对本发明提供的光纤器件制作方法进行描述。

在图1～图8中，1——光纤纤芯，2——光纤包层，3——光纤原低折涂覆层，4——包层杂光①，5——包层杂光②，6——包层杂光③，7——纤芯信号光，8——单一高折射率涂覆层，9——4的泄露光，10——5的泄露光，11——6的泄露光，12——光纤包层的粗糙表面，13——弯曲的光纤(纤芯)，14——光纤盘，15——因弯曲泄露的信号光，16——弯曲损耗后的信号光，17——熔融拉锥损耗后的信号光，18——熔融拉锥导致泄露的信号光①，19——熔融拉锥导致泄露的信号光②，20——18的泄露光，21——19的泄露光，22——分段涂覆的第一段涂覆层，23——分段涂覆的第二段涂覆层，24——分段涂覆的第三段涂覆层。

图1所示为包含光纤纤芯1、光纤包层2还有在包层外设置涂覆层3的光纤，其光传播路径如图所示，三束包层杂光4、5、6与信号光7都能分别在光纤包层2与纤芯1中无损耗传输。

首先将本实施例中的光纤原低折涂覆层3剥除。然后将仅含有光纤线芯和包层的光纤进行熔融拉锥。熔融拉锥后的光纤及光传输路径如图5所示，光纤经熔融拉锥后，光纤包层2与纤芯1都变小。

由图5所示，光纤包层杂光在包层界面处的入射角变大。包层杂光4、6经过多次反射后，由于不满足全反射条件而泄露，分别是9与11。包层杂光5经多次反射后仍能满足全反射条件，因此未泄露。

由图5所示，纤芯信号光7在逐渐变细的纤芯中传输，高阶模向外泄露而产生辐射膜，分别是18与19，并在包层中传输。损耗后的信号光17继续在纤芯中传输。从而达到剥离信号光高阶模的目的。

为减少光纤纤芯信号光的损耗，需要减小光纤纤芯的拉锥比例，即光纤纤芯与光纤包层的拉锥比例不同。因为光纤在熔融拉锥过程中，纤芯与包层同比例变换，所以只能在熔融拉锥后再对纤芯进行热处理。TEC技术，是对光纤的一种热处理技术，TEC热处理加热方式可以是电阻丝加热，电极放电加热，CO2激光器加热，当然也可以是其他TEC热处理加热方式，加热过程可以是固定区域，也可以是往复运动。对光纤持续加热，纤芯的掺杂离子受热不断向包层扩散，增加纤芯直径，在一定程度内相当于增加了纤芯的模场直径。经TEC技术处理的熔融拉锥光纤如图8所示。光纤包层2直径变小，光纤纤芯1直径未发生变化。信号光7在光纤纤芯2中传输时未发生损耗或损耗未发生。

为了将包层中的杂光4、5、6与泄露出的高阶模信号光18、19彻底剥除，在包层表面涂覆一定折射率的涂覆胶。图6所示为涂覆同一种高折射率胶8的情况，本实施例中的涂覆胶为紫外固化胶。由于涂覆胶的折射率高于包层折射率，因此不存在全反射条件，可以将包层中的光全部剥除。由图6所示，包层杂光4、5、6与泄露出的高阶模信号光18、19在第一次入射到包层与涂覆胶的界面时，便全部被涂覆胶剥离，分别产生了9、10、11、20、21。本文所称的涂覆胶，既可以是紫外固化胶，也可以是其他用于光纤涂覆的涂覆胶，本实施例中采用的涂覆胶为紫外固化胶。

涂覆同一种高折射率胶，包层光剥离功率密度大。为降低涂覆胶处的功率密度，采用分段涂覆多种涂覆胶的方法，如图7所示。分段涂覆的涂覆层分别为22、23、24，且折射率逐渐变大，即n19<n20<n21。各涂覆层的长度不限。与图6相比，包层杂光4、5、6与泄露出的高阶模信号光18、19分次被涂覆层剥离，分别产生了9、10、11、20、21。

将热处理后的光纤封装于热沉中，使其散热效率增高，用此方法制出的光纤器件的损伤功率阈值越高。

以上对本发明所提供的一种光纤器件及其制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。