CN103616744A - 高功率光纤激光器包层光分段部分剥离方法及装置 - Google Patents

Abstract

高功率光纤激光器包层光分段部分剥离方法及装置，属于光纤激光器件技术领域。剥离方法包括以下步骤：首先将光纤的段进行分段地、部分地剥除涂覆层及外包层，用于以后剥离高阶模式的包层光；紧接着将光纤的另一部分腐蚀出一段锥形结构，用于以后剥离低阶模式的包层光所述的锥形结构为沿光纤轴向是中间细、两端粗；将上述处理的光纤涂上高折射率光学凝胶，然后固定在散热装置中。光纤涂覆层及外包层分段地、部分地剥除装置包括底座、导轨、第一光纤夹持旋转模块、V型槽座、第一滑块、第二滑块、第二光纤夹持旋转模块、显微镜和三维调整架。本发明能提高散热均匀性、承受的剥离光功率更高。

Description

高功率光纤激光器包层光分段部分剥离方法及装置

技术领域

本发明涉及高功率光纤激光器包层光分段部分剥离方法及装置，属于光纤激光器件技术领域。

背景技术

近年来，随着大功率半导体激光泵浦技术和双包层光纤拉制技术的逐渐成熟，光纤激光器由空间分立结构向全光纤结构转化，输出功率不断提高，目前最大单模输出功率已经超过一万瓦，多模输出功率达到数万瓦。

在双包层光纤激光系统的末端的光纤内包层中除了有残留的泵浦光，还存在一部分自发辐射光（ASE）和在熔接点处从纤芯泄露到内包层中的信号光。如果这些光没有被剥离而是被直接输出，则会影响激光光束质量，更严重的还会引起下一级的泵浦合束器等器件发热，甚至会烧毁器件。因此，对于光纤包层光的彻底剥离对于高功率的光纤激光系统的稳定性和高质量的激光输出具有重要意义。

目前，国内外提出了多种剥离包层光的方法，比如直接在裸露的内包层上涂高折射率光学凝胶的方法（参见2012年12月9日公开的公开号为CN101718916A的专利《剥离双包层光纤中剩余泵浦光的方法》）和在内包层上刻写V型槽的方法（参见2011年5月19日公开的专利公开号为CN102255235A的专利《双包层光纤中包层光的滤除方法》）都是使内包层中的高阶模式光因为不满足全反射条件而从包层中泄露出来。但是这些方法无法将内包层中的低阶模式光滤除。有人提出采用腐蚀部分内包层的方法来剥离包层光(参见《End-pumped300Wcontinuous-wave ytterbium doped all-fiber laser with master oscillatormultistage power amplifiers configuration》,Optics Express,Vol.16,2008,P17864-17869)。但上述三种方法都在很短光纤长度内剥离绝大部分包层光，这些包层光转化成热之后会导致光纤局部温度过高，严重的会导致剥离器烧毁，甚至由于自聚焦效应而向前烧毁整个激光系统。为了解决这个问题，有人提出采用在光纤上分段涂覆具有不同折射率的光学凝胶来实现对包层光的分段剥离，（参见《High power cladding light strippers》,Proc.of SPIE，Vol.68736873271-8）。这种方式存在两个问题，一是很难找到多种不同折射率且满足光纤涂覆要求的高折胶，文中也只使用了两种胶做实验，这样并不能使包层光转化成的热量分布得很均匀，从而无法满足高功率激光器的要求；二是同样不能保证低阶模包层光的彻底剥离。

发明内容

本发明的目的在于克服上述几种包层光剥离方式的缺点，提供了高功率光纤激光器包层光分段地、部分地剥离的方法及装置，该方法及装置包层光剥离度高、沿光纤轴的方向包层光转化而来的热量分布均匀、能在高功率光纤激光系统中稳定工作。

本发明的一个方面提供了高功率光纤激光器包层光分段地、部分地剥离的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、首先将光纤的一部分进行分段地、部分地剥除涂覆层及外包层，用于以后剥离高阶模式的包层光；二、紧接着将光纤的另一部分腐蚀出一段锥形结构，用于以后剥离低阶模式的包层光，所述的锥形结构为沿光纤轴向是中间细、两端粗；三、将经过步骤一和二处理的光纤涂上高折射率光学凝胶，然后固定在散热装置中进行冷却。

步骤一中分段地、部分地剥除涂覆层及外包层指的是平行于中心轴将光纤中的一段对应圆心角为θ的光纤的涂覆层及外包层进行剥除，然后同样平行于中心轴将与此段光纤相邻的下一段光纤对应圆心角为θ的光纤的涂覆层及外包层进行剥除，依次类推，相邻的两段被剥除的涂覆层及外包层所对应的圆心角θ在光纤横截面上的投影是连接的，所有被剥除的光纤部分所对应的圆心角之和不小于π，但是不大于π+θ。优选每段剥除的长度不小于5mm且不大于10mm。对于圆形内包层的光纤，圆心角θ不小于π/4且不大于π/3。而对于多边形内包层的光纤，假设内包层为n边形，则圆心角θ为2π/n，所剥除涂覆层及外包层与多边形的边对应。

步骤二锥形结构沿光纤轴向的长度优选不小于30且不大于40mm。

一种用于将光纤涂覆层及外包层进行分段地、部分地剥除的热剥除器包括：底座、导轨、第一光纤夹持旋转模块、V型槽座、第一滑块、第二滑块、第二光纤夹持旋转模块、显微镜和三维调整架；底座为横截面为倒“T”形的长底座，用于固定其它组件，在底座上中心突起的位置从一端到另一端依次安装有第一光纤夹持旋转模块、导轨、第二光纤夹持旋转模块和三维调整架；在导轨上固定有V型槽座，V型槽座上表面刻有贯通的V型槽，在导轨和V型槽座外卡有第一滑块和第二滑块，三维调整架上安装有显微镜；

第一光纤夹持旋转模块安装在底座的一端，第一光纤夹持旋转模块包括定子、第一旋钮、第二旋钮、动子。定子上开有圆通孔，动子为圆形的且位于此定子的圆通孔中，动子的中心也开有圆通孔，光纤夹具位于动子的圆通孔中，光纤夹具上表面中央刻有贯通的V型槽，V型槽对应于将进行剥除的光纤直径，并且V型槽的位置使得当放入相应直径的光纤时，光纤横截面的中心与动子的旋转轴中心重合。光纤夹具刻有贯通的V型槽的上表面还设有磁性的盖板，将盖板压下时能给光纤较强夹持力，防止光纤滑动。第一旋钮和第二旋钮分别用于调节定子在竖直方向和水平方向的微小移动。动子上设有第三旋钮，第三旋钮用于固定动子。

所述动子上还设有指示线，指示线用于指示光纤夹具中V型槽；定子在其与动子接触的部分处具有环形刻度，该环形刻度结合动子的指示线可以读出动子旋转的角度。可以通过例如机械地（如，步进电机（未示出））控制第一光纤夹持旋转模块内的动子转动，使夹持的光纤旋转预定的角度；

第二光纤夹持旋转模块固定在底座的中后部，第二光纤夹持旋转模块的结构与第一光纤夹持旋转模块的结构与功能基本相同，唯一的区别在于第二光纤夹持旋转模块中光纤夹具的盖板上嵌入有光源（未示出），其从侧面将光耦合进光纤，从而增加光纤端面的亮度，便于观察光纤端面，所以这里将省略对于第二光纤夹持旋转模块的具体描述。

导轨的截面为上下两端宽、中间窄的“工”形结构，“工”形结构导轨两侧中间窄的部分形成滑腔；导轨上的V型槽座平行导轨；

第一滑块包括两个第一子滑块、两个第一弹簧、两个立柱、两个横向刀片、两个横向刀片卡具、两个齿轮、一个第一滑块壳体、一个第一螺杆和一个第二螺杆。两个第一子滑块分别固定在“工”形结构导轨两侧的滑腔中，可在滑腔中沿滑腔滑动，第一子滑块与第一滑块壳体之间通过第一弹簧、立柱活动连接，立柱竖直固定在第一子滑块上，直达第一滑块壳体，第一弹簧为分立元件，套在立柱上第一子滑块与第一滑块壳体之间，当无外力作用时，因为弹簧的弹力作用，第一滑块壳体保持在预定的位置，立柱在穿过第一滑块壳体位于第一滑块壳体空腔内的部分的一侧刻有齿纹。在第一滑块壳体的空腔内还设有横向刀片卡具，横向刀片卡具的一端通过第二螺杆安装有横向刀片，第二螺杆可微调横向刀片的伸出长度，第一滑块两横向刀片为对称结构，两横向刀片位于具有V型槽的V型槽座上方并相对，横向刀片卡具的下底面刻有齿纹，横向刀片卡具与立柱垂直交错分别与齿轮相互咬合，齿轮相对第一滑块壳体固定并能够旋转。

第一滑块壳体与V型槽座、导轨均具有空隙，第一滑块壳体上安装有第一螺杆，第一螺杆偏离V型槽座但位于导轨的上方，通过调节第一螺杆向下伸出第一滑块壳体的长度来调节第一滑块壳体向下移动的最大距离，该最大距离由期望剥除的光纤的那部分外包层及涂覆层所对应的圆心角决定，随后将具体描述。并且通过第二螺杆可以在第一滑块壳体到达下移的最大距离后，二次调节横向刀片的伸出长度，该伸出长度可以通过反复试验来精确调整，以使两横向刀片的距离能刚好刺透光纤的涂覆层和外包层，而不伤及光纤内包层，所述二次调节一般地在第一次处理光纤之前完成，并且在接下来的处理中可以保持不变。

第二滑块与第一滑块的结构基本相似，其外部和内部结构以及与其相邻的组件如图4所示，第二滑块包括四个第二子滑块、四个第二弹簧、一个竖向刀片、一个开关、一个第三螺杆、一个柔软的加热条、一个第二滑块壳体。第二滑块沿工型导轨的长度方向比第一滑块更长，“工”形结构导轨两侧的滑腔中分别安装有两个第二子滑块，第二子滑块可在滑腔中沿滑腔滑动；第二子滑块分别通过第二弹簧与第二滑块壳体连接，即四个相同的第二弹簧分别支撑在第二子滑块和第二滑块壳体之间的四个角上，竖向刀片位于V型槽上方第二滑块壳体的下面，竖向刀片垂直V型槽，在V型槽上方与竖向刀片并排固定有柔软的加热条，加热条沿导轨的长度方向布置与V型槽座上的V型槽平行，开关用于开启和闭合加热条，其中加热条向下（即Y方向）凸出的长度略大于竖向刀片向下伸出的距离，以用于在第二滑块壳体向下移动到一定距离时，加热条由于光纤的阻挡变形，进而与光纤有更大的接触面，使之更好地对光纤进行加热。第三螺杆可以调节第二滑块壳体向下移动的最大距离，所述最大距离以竖向刀片刚好刺透光纤的涂覆层和外包层、而不伤及光纤内包层为准。

当在第二滑块上向下施加压力时，第二滑块壳体向下移动直到其到达上述的其可向下移动的最大距离。而当停止施加向下的压力时，第二滑块壳体将由于第二弹簧的弹力作用而被弹起。

导轨固定在底座上，导轨下沿有刻度，用于确定在其上移动的组件的移动距离，比如所涉及的第一滑块和第二滑块。

三维调整架和安装其上的显微镜，用于观察光纤并调整其位置；光纤夹持旋转模块，用于将光纤放置在其中心处并被夹持住，并在必要时旋转预定的角度；以及光纤分段部分剥除模块，用于将光纤分段地、部分地剥除，其中对于每段，剥除对应圆心角为预定角度的光纤的涂覆层和外包层。

所述光纤端面观察模块中的显微镜的物镜对准光纤夹持旋转模块的旋转中心，即光纤端面的中心。

所述第一滑块和第二滑块上具有不同方向的刀片，且第二滑块具有加热器件。

其中当第一滑块和第二滑块分别沿导轨移动时，第一滑块在将要剥除的光纤段的涂覆层及外包层划出两道平行的划痕，而第二滑块接着对所述将要剥除的光纤段的涂覆层及外包层进行加热并剥除。

步骤三所述散热装置由一块完整的金属（优选高导热金属）加工而成，包括底板和其上凸出的半圆形柱状物，其横截面呈Ω形，半圆形柱状物沿轴向打有通孔，孔径略大于光纤直径，在半圆形柱状物两端的顶部开有两条细槽，将步骤三涂有高折射率光学凝胶的光纤置于通孔中，然后将光纤拉紧、悬空，用粘合剂将光纤固定在通孔两端，最后从顶部的两个细槽用高压枪向通孔内注入石墨浆，使光纤与孔壁之间充满石墨浆，等石墨浆完全凝固以后，分别在两条细槽内凝固的石墨浆表面贴上一个热敏电阻。热敏电阻由于分别靠近散热装置内光纤的输入端和输出端，通过分别读取两个热敏电阻的阻值，确定对应处的光纤的温度，进而分别实现对来自外界的从激光器输出端入射的反射光和激光系统自身产生的包层光的监控。

所述散热装置的底座设有螺孔，用于固定在激光器的热沉上以用水冷散热。

所述散热装置的长度大于分段地、部分地被剥除涂覆层及外包层的光纤总长与锥形结构光纤长度之和。

有益效果

与现有技术相比，本发明能有效地提高散热均匀性，能够承受的剥离光功率更高，在保证包层光彻底被滤除的同时，不影响纤芯中各模式信号光的传播，当整个激光系统输出数千瓦激光时，包层光剥离器仍能保持稳定工作。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的用于将光纤涂覆层及外包层进行分段地、部分地剥除的热剥除器的示意图；

图2为根据本发明的实施例的热剥除器中的一个光纤夹持旋转模块的截面图；

图3为根据本发明的实施例的热剥除器中的第一滑块及其相邻组件的示意图；

图4为根据本发明的实施例的热剥除器中的第二滑块及其相邻组件的示意图；

图5为根据本发明的实施例的剥除一段涂覆层及外包层后的具有圆形内包层的光纤的端面示意图；

图6为根据本发明的实施例的剥除一段涂覆层及外包层后的具有多边形内包层的光纤的端面示意图；

图7为根据本发明的实施例的进行分段部分剥除处理以及腐蚀一段内包层后的光纤结构示意图；

图8为根据本发明的实施例的高功率光纤激光器包层光剥离器的散热装置。

1底座、2导轨、3第一光纤夹持旋转模块、4V型槽座、5第一滑块、6第二滑块、7第二光纤夹持旋转模块、8显微镜、9三维调整架、10散热装置、201滑腔、301定子、302第一旋钮、303第二旋钮、304动子、305光纤夹具、306指示线、307第三旋钮、401V型槽、501第一子滑块、502第一弹簧、503立柱、504横向刀片、505齿轮、506第一滑块壳体、507第一螺杆、508第二螺杆、509横向刀片卡具、601第二子滑块、602第二弹簧、603竖向刀片、604开关、605第三螺杆、606柔软的加热条、607第二滑块壳体、1001和1002细槽、1003螺孔、1004通孔。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明,但不应以此限制本发明范围。

一种高功率光纤激光器包层光分段地、部分地剥离的方法的步骤如下：

步骤一、制作用于对光纤涂覆层及外包层进行分段地、部分地剥除的热剥除器。如图1所示，所述热剥除器包含底座1、导轨2、第一光纤夹持旋转模块3、V型槽4、第一滑块5、第二滑块6、第二光纤夹持旋转模块7、显微镜8和三维调整架9。为了描述方便，在图中定义了坐标系，并标注了x、y和z的方向。其中，底座1的横截面为倒“T”形，用于固定下面将描述的在其上的其它组件，并且其它组件一般地通过比如螺钉的机械的方式固定在其上。导轨2，固定在底座1上，其下沿有刻度，用于确定在其上移动的组件的移动距离，比如下面将涉及的第一滑块和第二滑块，导轨2的横截面呈“工”字形，其两侧有滑腔201。

图2为根据本发明的实施例的热剥除器中的第一光纤夹持旋转模块3。第一光纤夹持旋转模块3固定在底座1的一端，第二光纤夹持旋转模块7固定在底座1的中后部。第一光纤夹持旋转模块3包括定子301、第一旋钮302、第二旋钮303、动子304。定子301在其与动子304接触的部分处具有环形刻度，该环形刻度结合动子304的下面将描述的指示线可以读出动子304旋转的角度。可以通过例如机械地（如，步进电机（未示出））控制第一光纤夹持旋转模块3内的动子304转动，使夹持的光纤旋转预定的角度。

第一旋钮302和第二旋钮303分别可以调节定子301在y方向和x方向进行微小移动。所述动子304包括光纤夹具305、指示线306和第三旋钮307。光纤夹具305，位于动子304的中央，其上表面中央刻有对应于将进行剥除的光纤直径的V型槽，并且V型槽的位置使得当放入相应直径的光纤时，光纤横截面的中心与动子的旋转轴中心重合。而盖板具有磁性，将盖板压下时能给光纤较强夹持力，防止光纤滑动。第三旋钮307用于固定动子304。

第二光纤夹持旋转模块7的结构与第一光纤夹持旋转模块3的结构与功能基本相同，唯一的区别在于第二光纤夹持旋转模块7中光纤夹具的盖板上嵌入有光源（未示出），其从侧面将光耦合进光纤，从而增加光纤端面的亮度，便于观察光纤端面，所以这里将省略对于第二光纤夹持旋转模块7的具体描述。

V型槽座4固定于导轨2的上表面，其上表面中心刻有对应于将进行剥除的光纤直径的V型槽401，用于平整地放置光纤。V型槽座4上安装有第一滑块5和第二滑块6，所述第一滑块5和第二滑块6与导轨2的滑腔201卡合，如图3和图4所示，使得当沿导轨2向第一滑块5和第二滑块6施加足够的推力时，第一滑块5和第二滑块6可沿导轨2滑动。

第一滑块5包括第一子滑块501、第一弹簧502、立柱503、横向刀片504、齿轮505、第一滑块壳体506、第一螺杆507和第二螺杆508、横向刀片卡具509，如图3所示。第一子滑块501与第一滑块壳体506之间通过第一弹簧502、立柱503活动连接，其中立柱503固定在第一子滑块501上，直达第一滑块壳体506，第一弹簧502为分立元件，套在立柱503上第一子滑块501与第一滑块壳体506之间，当无外力作用时，因为弹簧502的弹力作用，第一滑块壳体506保持在预定的位置。

图3（b）是第一滑块5的内部结构中的右半部分示意图，左半部分的结构与其对称，如图可见，立柱503立柱在穿过第一滑块壳体506位于第一滑块壳体506空腔内的部分的一侧刻有齿，横向刀片504有相互对称（对称轴与z轴垂直）的一对（见图3（a）），均安装在两个横向刀片卡具509上，它横向刀片卡具509朝下的部分有齿，所述齿与齿轮505相咬合，而齿轮505与立柱503侧面上的齿相互咬合，因此，当在第一滑块5上施加向下的压力时，第一滑块壳体506向下移动，而第一子滑块501因为导轨2的阻挡保持不动，从而使第一弹簧502压缩变形，立柱503相对于第一滑块壳体506向上运动，该运动通过齿轮505带动横向刀片卡具509的运动，使刀片504伸出。当停止施加所述向下的压力时，因为弹簧502的变形需要恢复，使第一滑块壳体506向上运动，立柱503相对于第一滑块壳体506向下运动，该运动通过齿轮505带动横向刀片卡具509进行与之前相反的运动，刀片504收回。

其中，第一螺杆507可以调节第一滑块壳体506向下移动的最大距离，该最大距离由期望剥除的光纤的那部分外包层及涂覆层所对应的圆心角决定，随后将具体描述。并且通过第二螺杆508可以在第一滑块壳体506到达下移的最大距离后，二次调节横向刀片504的伸出长度，该伸出长度可以通过反复试验来精确调整，以使横向刀片504能刚好刺透光纤的涂覆层和外包层，而不伤及光纤内包层，所述二次调节一般地在第一次处理光纤之前完成，并且在接下来的处理中可以保持不变。

图4示出了第二滑块6的外部和内部结构以及与其相邻的组件。如图所示，第二滑块6包括第二子滑块601、第二弹簧602、竖向刀片603、开关604、第三螺杆605、柔软的加热条606、第二滑块壳体607。第二滑块6在z方向比第一滑块5更长，所以它有四个相同的第二弹簧602分别支撑在第二子滑块601和第二滑块壳体607之间的四个角上。

竖向刀片603固定在第二滑块壳体607的向下的面上，如图4（a）和图4（b）所示。开关604用于开启和关闭安装在竖向刀片旁边的沿z方向排布的柔软的加热条606的电源，其中加热条606向下（即y方向）凸出的长度略大于竖向刀片603向下伸出的距离，以用于在第二滑块壳体607向下移动到一定距离时，加热条606由于光纤的阻挡变形，从而与光纤有更大的接触面，使之更好地对光纤进行加热。第三螺杆605可以调节第二滑块壳体607向下移动的最大距离，所述最大距离以竖向刀片603刚好刺透光纤的涂覆层和外包层、而不伤及光纤内包层为准。

当在第二滑块6上向下施加压力时，第二滑块壳体向下移动直到其到达上述的其可向下移动的最大距离。而当停止施加向下的压力时，第二滑块壳体607将由于第二弹簧602的弹力作用而被弹起。

显微镜8，其物镜对准光纤夹持旋转模块的旋转中心，即光纤端面的中心，而目镜朝上，且目镜上有十字定位纹，用于观察光纤端面，以确定光纤以期望的方式放置，下面将具体描述。三维调整架9，用于调整显微镜8位置，使之能够正常工作。至此，已经一一描述热剥除器的各个组件。

步骤二、用上述对光纤涂覆层及外包层进行分段、部分地剥除的热剥除器将双包层光纤的一段涂覆层及外包层剥去一部分，剥除后的效果如图5(由于传热原因，在光纤内包层为圆形的情况下，其效果如图5)和图6（在光纤内包层为多边形的情况下）所示。

具体为：

步骤201：放置光纤：

先转动第一光纤夹持旋转模块3的动子304，使指示线306朝上，此时V型槽401的V口也朝上，旋紧第三旋钮307以固定动子304，同时对第二光纤夹持旋转模块7采取相同的操作；然后先将将要热剥除处理的光纤从第一光纤夹持模块3中的光纤夹具305处的V型槽中穿入，沿着V型槽座4中的V型槽401，从第二光纤夹持旋转模块7处的V型槽中穿出。调节第一光纤夹持旋转模块3的第一旋钮302、第二旋钮303以及第二光纤夹持旋转模块7的对应旋钮，直至光纤能不受力地完全伸直，再盖上两个光纤夹持旋转模块的光纤夹具上的盖板，固定光纤。

相对于圆形内包层的光纤，对于多边形内包层的光纤，在热剥除之前还需通过利用三维调整架调整好显微镜8的位置，借助第二光纤夹持旋转模块7的光源观察放置固定好的光纤的端面，转动第一光纤夹持旋转模块3和第二光纤夹持旋转模块7，最终使光纤的内包层的将要处理的一个平面朝上（即y方向），然后调节第一光纤夹持旋转模块3的第一旋钮302、第二旋钮303以及第二光纤夹持旋转模块7的对应旋钮，使光纤平直地放置在V型槽401中。

步骤202：滑动第一滑块5，具体为：在正式处理光纤之前，根据预定的想要剥除的光纤部分所对应的圆心角θ，调节好第一滑块5的第一螺杆507以确定第一滑块壳体506向下移动的最大距离，然后调节第二螺杆508使横向刀片504在第一滑块壳体506向下移动到最大距离时伸出长度刚好刺透光纤的涂覆层和外包层，而不伤及光纤内包层。

当在第一滑块壳体506上施加向下的压力时，第一滑块5的横向刀片504随之伸出，扎进光纤的涂覆层和外包层。接着，在第一滑块壳体506的两侧施加推力（即，沿x方向的力）使其沿导轨2移动将要剥除的长度的距离l₁，由于横向刀片504的作用会在相应光纤段的涂覆层和内包层上划出两道划痕。优选地，所述划痕长度不小于5mm且不大于10mm。

然后，解除所施加的压力和推力，使得第一滑块壳体506因为弹簧的作用而弹起，并且横向刀片504随之收回。记录上述将要剥除的光纤段在导轨2上的刻度，并移动第一滑块5，将其移离上述光纤段。

步骤203：在上述已划上划痕的长度l₁的光纤段上滑动第二滑块6，具体为：根据上述圆心角θ，同样调节好第二滑块6的第三螺杆605以确定第二滑块壳体607向下移动的最大距离。根据在步骤202中记录的刻度将第二滑块6移动到已划上划痕的长度l₁的光纤段的一端。当在第二滑块6的第二滑块壳体607上方施加向下的压力时，竖向刀片603会扎进光纤的涂覆层和内包层，同时加热条606与光纤部分地接触，然后按下开关604，使加热条606开始对光纤加热，等到光纤涂覆层和外包层变软（根据经验判断）后，在第二滑块壳体607两侧施加推力（即，沿x方向的力），按照记录的刻度使第二滑块6沿导轨移动距离l₁，则会将在步骤202中由第一滑块5划出的两道划痕之间的光纤的涂覆层和外包层全部剥除。

对于圆形内包层的光纤，圆心角θ为π/4到π/3之间。而对于多边形内包层的光纤，假设内包层为n边形，则圆心角θ对应于2π/n。

步骤三、分别将第二光纤夹持旋转模块7和第一光纤夹持旋转模块3转动相同的角度θ，并调节两个光纤夹持旋转模块3、7的旋钮，使光纤在V型槽401中放置平整。

与被处理过的光纤相邻地，将第一滑块5和第二滑块6分别如步骤二所述地操作m次，其中m+1为不小于π/θ的最小整数，m最小为2。经过上述处理的光纤如图7的左半部分光纤所示。

所述m+1段光纤用于剥除高阶模式的包层光。

步骤四、腐蚀预定长度的锥形光纤，具体为：将在与上述经过上述处理的m+1段长l₁的光纤相邻且与光纤的另一端面之间的一段长l₂的光纤用市场上已有的热剥除器剥除涂覆层和外包层，将靠近它（长为l₂的那一段）两端的光纤用锡箔包住使被包住的部分光纤不被腐蚀，然后用氢氟酸蒸气将所述长l₂的光纤的内包层腐蚀成锥形，通过控制氢氟酸蒸气的腐蚀时间来控制腐蚀深度，使得腐蚀后的光纤的最细处的内包层的直径大于纤芯中信号光的模式无损耗传输所需的直径。经过此步骤处理的光纤如图7的右半部分光纤所示。

此处被处理的长l₂的光纤用于剥除低阶模式的包层光。

步骤五、用光纤涂覆机将经处理的m+1段长l₁的光纤和长l₂的锥形光纤全部涂覆高折射率光学凝胶。

步骤六、将涂覆好高折射率光学凝胶的光纤固定在散热装置10(参见图8)中。所述散热装置由一块完整的高导热率金属加工而成，横截面为Ω形，中间打有通孔1004，孔径略大于光纤直径，顶部刻有两条细槽1001和1002，所述散热装置通孔长度L₂大于(m+1)*l₁+l₂。先将光纤涂覆的部分放入通孔中，然后将光纤拉紧、悬空，用粘合剂将光纤固定在通孔1004两端，最后从顶部的细槽1001和1002用高压枪向通孔1004内注入石墨浆，使光纤与孔壁之间充满石墨浆。

等石墨浆完全凝固以后，分别将一个热敏电阻贴在两条细槽1001和1002内凝固的石墨浆表面。通过读取两个热敏电阻的阻值，可以确定每个热敏电阻对应处的光纤的温度，从而分别实现对来自外界的从激光器输出端入射的反射光和激光系统自身产生的包层光的监控。

鉴于目前的千瓦级光纤激光器基本上采用水冷散热，散热装置的底座上设有螺孔1003，通过所述螺孔可以将散热装置固定在激光器的热沉上以用水冷对其进行散热，从而节省了剥离器本身的体积和重量，简化了装置。

本发明除了可以用于高功率光纤激光器，还可以用于高功率光纤放大器。

本领域普通技术人员将会理解，在不脱离权利要求书及其等价物定义其范围的本发明的原则和精神的情况下，可以在此处描述的实施例中做出各种改变和修改。

Claims (14)

1.一种高功率光纤激光器包层光分段部分剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：一、首先分段地、部分地剥除一段光纤的涂覆层及外包层，用于以后剥离高阶模式的包层光；二、紧接着将光纤的另一部分的内包层腐蚀出一段锥形结构，用于以后剥离低阶模式的包层光，所述的锥形结构为沿光纤轴向是中间细、两端粗；三、将经过步骤一和步骤二处理的光纤涂覆高折射率光学凝胶，然后固定在散热装置（10）中；

步骤一中分段地、部分地剥除涂覆层及外包层指的是平行于光纤中心轴将一段光纤对应圆心角为θ的涂覆层及外包层进行剥除，然后同样平行于中心轴将与此段光纤相邻的下一段光纤对应圆心角为θ的涂覆层及外包层进行剥除，依次类推，相邻的两段被剥除的涂覆层及外包层所对应的圆心角θ在光纤横截面上的投影是连接的，直到所有被剥除的光纤部分所对应的圆心角之和不小于π，但是不大于π+θ。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤一每段剥除的长度不小于5mm且不大于10mm。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，在步骤一中，对于圆形内包层的光纤，圆心角θ不小于π/4且不大于π/3；针对内包层为n边形的光纤，则圆心角θ为2π/n，所剥除涂覆层及外包层与多边形的边对应。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤二锥形结构沿光纤轴向的长度不小于30mm且不大于40mm。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，步骤三所述散热装置包括底座和其上凸出的半圆形状物,其横截面呈Ω形,所述半圆形状物沿轴向打有通孔(1004),通孔(1004)孔径略大于光纤直径,用于放置光纤。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，步骤三所述散热装置的半圆形柱状物两端的顶部开有两条细槽（1001、1002）；

并且，所述光纤在所述散热装置中固定的方式是：将经热剥除和腐蚀处理并涂覆了高折胶的光纤段拉紧、悬空置于通孔（1004）中，然后将光纤固定在通孔（1004）两端，通过两条细槽（1001、1002）使光纤与孔壁之间充满石墨。

7.按照权利要求5的方法，其特征在于，其特征在于，通过上述散热装置的细槽在散热装置内部分别固定有热敏电阻，热敏电阻分别靠近散热装置内光纤的输入端和输出端，通过分别读取两个热敏电阻的阻值，确定对应处的光纤的温度，从而而实现对激光器系统和反射光的监控。

8.按照权利要求5的方法，其特征在于，其特征在于，所述散热装置的底座设有螺孔（1003），用于固定在所述高功率光纤激光器的热沉上以用水冷散热。

9.按照权利要求5的方法，其特征在于，其特征在于，所述散热装置由一块完整的金属加工而成，所述金属为高导热金属。

10.一种用于将光纤涂覆层及外包层进行分段地、部分地剥除的热剥除器，其特征在于，包括：底座（1）、导轨（2）、第一光纤夹持旋转模块（3）、V型槽座（4）、第一滑块（5）、第二滑块（6）、第二光纤夹持旋转模块（7）、显微镜（8）和三维调整架（9）；底座（1）为横截面为倒“T”形的长底座，用于固定其它组件，在底座（1）上中心突起的位置从一端到另一端依次安装有第一光纤夹持旋转模块（3）、导轨（2）、第二光纤夹持旋转模块（7）和三维调整架（9）；在导轨（2）上固定有V型槽座（4），V型槽座上表面刻有贯通的V型槽（401），在导轨（2）和V型槽座（4）外卡有第一滑块（5）和第二滑块（6），三维调整架（9）上安装有显微镜（8）；

第一光纤夹持旋转模块（3）安装在底座（1）的一端，第一光纤夹持旋转模块（3）包括定子（301）、第一旋钮（302）、第二旋钮（303）、动子（304）。定子（301）上开有圆通孔，动子（304）为圆形的且位于此定子（301）的圆通孔中，动子（304）的中心也开有圆通孔，光纤夹具（305）位于动子（304）的圆通孔中，光纤夹具（305）上表面中央刻有贯通的V型槽；光纤夹具（305）刻有贯通的V型槽的上表面还设有磁性的盖板，将盖板压下时能给光纤较强夹持力，防止光纤滑动；第一旋钮（302）和第二旋钮（303）分别用于调节定子（301）在竖直方向和水平方向的微小移动；动子（304）上设有第三旋钮（307），第三旋钮（307）用于固定动子（304）；

第二光纤夹持旋转模块（7）固定在底座（1）的中后部，第二光纤夹持旋转模块（7）的结构与第一光纤夹持旋转模块（3）的结构与功能基本相同，唯一的区别在于第二光纤夹持旋转模块（7）中光纤夹具的盖板上嵌入有光源；

导轨（2）的截面为上下两端宽、中间窄的“工”形结构，“工”形结构导轨（2）两侧中间窄的部分形成滑腔（201）；导轨（2）上的V型槽座（4）平行导轨（2）；

第一滑块（5）包括两个第一子滑块（501）、两个第一弹簧（502）、两个立柱（503）、两个横向刀片（504）、两个横向刀片卡具（509）、两个齿轮（505）、一个第一滑块壳体（506）、一个第一螺杆（507）和一个第二螺杆（508）；两个第一子滑块（501）分别固定在“工”形结构导轨（2）两侧的滑腔（201）中，可在滑腔（201）中沿滑腔（201）滑动，第一子滑块（501）与第一滑块壳体（506）之间通过第一弹簧（502）、立柱（503）活动连接，立柱（503）竖直固定在第一子滑块（501）上，直达第一滑块壳体（506），第一弹簧（502）为分立元件，套在立柱（503）上第一子滑块（501）与第一滑块壳体（506）之间，立柱（503）在穿过第一滑块壳体（506）位于第一滑块壳体（506）空腔内的部分的一侧刻有齿纹，在第一滑块壳体（506）的空腔内还设有横向刀片卡具（509），横向刀片卡具（509）的一端通过第二螺杆（508）安装有横向刀片（504），在第二螺杆（508）可微调横向刀片（504）的伸出长度，第一滑块（5）两横向刀片为对称结构，两横向刀片位于具有V型槽（401）的V型槽座（4）上方并相对，横向刀片卡具（509）的下底面刻有齿纹，横向刀片卡具（509）与立柱（503）垂直交错分别与齿轮（505）相互咬合，齿轮（505）相对第一滑块壳体（506）固定且能够旋转；

第一滑块壳体（506）与V型槽座（4）、导轨（2）之间均具有空隙，第一滑块壳体（506）上安装有第一螺杆（507），第一螺杆（507）偏离V型槽座位于导轨（2）的上方，通过调节第一螺杆（507）向下伸出第一滑块壳体（506）的长度来调节第一滑块主体（506）向下移动的最大距离，在第一滑块主体（506）到达下移的最大距离后，通过第二螺杆（508）二次调节横向刀片（504）的伸出长度，以使两横向刀片（504）的距离能刚好刺透光纤的涂覆层和外包层，而不伤及光纤内包层；

第二滑块（6）包括四个第二子滑块（601）、四个第二弹簧（602）、一个竖向刀片（603）、一个开关（604）、一个第三螺杆（605）、一个柔软的加热条（606）、一个第二滑块壳体（607）；第二滑块（6）沿工形导轨（2）的长度方向比第一滑块（5）更长，“工”形结构导轨（2）两侧的滑腔（201）中分别安装有两个第二子滑块（601），第二子滑块（601）可在滑腔（201）中沿滑腔滑动；第二子滑块（601）分别通过第二弹簧（602）与第二滑块壳体（607）连接，即四个相同的第二弹簧（602）分别支撑在第二子滑块（601）和第二滑块壳体（607）之间的四个角上，竖向刀片（603）位于V型槽座中V型槽（401）上方第二滑块壳体（607）的下面，竖向刀片（603）垂直V型槽（401），在V型槽（401）上方与竖向刀片（603）并排固定有柔软的加热条（606），加热条（606）沿导轨（2）的长度方向布置与V型槽座（4）上的V型槽（401）平行，开关（604）用于开启和关闭加热条（606）电源；第三螺杆（605）调节第二滑块主体（607）向下移动的最大距离。

11.按照权利要求10的一种用于将光纤涂覆层及外包层进行分段地、部分地剥除的热剥除器，其特征在于，加热条（606）向下凸出的长度略大于竖向刀片（603）向下伸出的距离。

12.按照权利要求10的一种用于将光纤涂覆层及外包层进行分段地、部分地剥除的热剥除器，其特征在于，导轨（2）固定在底座（1）上，导轨（2）下沿有刻度。

13.按照权利要求10的一种用于将光纤涂覆层及外包层进行分段地、部分地剥除的热剥除器，其特征在于，所述动子（304）上还设有指示线（306）指示线（306）用于指示光纤夹具（305）中V型槽；定子（301）在其与动子（304）接触的部分处具有环形刻度。

14.按照权利要求1-9所述的任一方法制备得到的光纤包层光剥离器。

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