CN105048258B - 一种光纤中光剥离方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种光纤中光剥离方法和装置，该装置包括具有第一层的光纤和位于所述第一层外部的剥离层，所述第一层中传输有待剥离的光，所述剥离层的折射率小于所述第一层的折射率，且所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势，以使所述第一层中待剥离的光按照发散角的不同在传播方向的不同位置处分别被剥离出去。通过本发明实施例，能够提高剥离装置在光传播方向上的均匀性，减少产生的热应力。

Description

一种光纤中光剥离方法和装置

技术领域

本发明属于光纤技术领域，尤其涉及一种光纤中光剥离方法和装置。

背景技术

光纤传输的原理是光在波导中传输。对于普通的单包层光纤，其纤芯的折射率高于包层的折射率，光可以在纤芯中传输，而包层外部的涂覆层的折射率高于包层的折射率，所以达到包层外缘的光将通过折射进入涂覆层，并在涂覆层中消散。对于双包层光纤，其涂覆层的折射率低于包层的折射率，包层和涂覆层之间依然构成了波导结构，包层中的光可以依然在包层中传输。

例如图1中示出的典型的光纤激光器系统的结构，提供泵浦光的光纤泵浦激光器12通过合束器7耦合进入合束器7中的光纤包层2，合束器7与有源光纤8之间具有熔接界面10，进而合束器7的包层2中的泵浦光通过熔接界面10进入有源光纤8的包层2’中，泵浦光在有源光纤8的包层2‘中传输的过程中在有源光纤的纤芯(通常掺杂有Yb、Er、Tm或Nb等稀土离子)中激发出相应的信号光，信号光在纤芯中继续传播。有源光纤8与输出无源光纤9之间具有熔接界面11，从有源光纤8中激发出的信号光将继续通过无源光纤9进行输出。由于有源光纤的长度非常有限，这使得在有源光纤8中只有部分的泵浦光在激发信号光的过程中被吸收，而其余部分的泵浦光会在有源光纤8的包层中继续传播，并通过熔接界面11进入到输出无源光纤9的包层中。此外尽管有源光纤8和输出无源光纤9的纤芯模场匹配很好，但是仍然有部分应该走纤芯的信号光偏离纤芯，而进入到输出无源光纤9的包层中继续向前传播。尤其是如果光纤一直保持双包层结构，则上述提到的两种在包层中传输的光将一直在包层中进行传输，这对于激光器的输出光束质量有负面的影响，且对于激光器的应用具有极大的伤害，因此需要将这些包层中的光在激光输出之前进行剥离。

现有技术中对包层中的光进行剥离的方法是：将原有的双包层光纤直接熔接上一段相同结构的单包层光纤，让包层光直接在单包层光纤的涂覆层内中消散，但这种方法的主要问题在于通常利用有机聚合物材料的涂覆层能够承受的光功率有限，比如是在纤芯/包层/涂覆层的外径分别为10/125/250微米，包层中大约500-600mW的光进入涂覆层就会使涂覆层燃烧。提高涂覆层能够承受的光功率的方法是加大涂覆层的体积，使用散热更好的涂覆材料，以将热量尽快带走。但发明人通过试验发现，上述方式在对包层中的光进行剥离的过程中，超过90％的包层光将在光纤延伸方向上的1-2mm内被剔除，整个包层光剥离装置在最初一段最热，其后温度呈指数衰减，这种温度极不均匀性带来的热效应最终导致的热应力对光传输质量造成了极大的影响。

发明内容

本发明提供一种光纤中光剥离方法和装置，能够提高剥离装置在光传播方向上的均匀性，减少产生的热应力。

为实现上述目的，本发明实施例一方面提供一种光纤中光剥离装置，包括具有第一层的光纤和位于所述第一层外部的剥离层，所述第一层中传输有待剥离的光，所述剥离层的折射率小于所述第一层的折射率，且所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势，以使所述第一层中待剥离的光按照发散角的不同在传播方向的不同位置处分别被剥离出去。

在一个优选的实施例中，所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势具体实现为：

所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈阶梯性递增。

在一个优选的实施例中，所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势具体实现为：

所述剥离层的折射率在沿着光传播方向呈连续递增。

在一个优选的实施例中，所述剥离层的材料为液体、胶或环氧树脂。

在一个优选的实施例中，所述第一层为包层。

在一个优选的实施例中，所述第一层分为内外两层。

在一个优选的实施例中，所述剥离层设置在外部的涂覆层被剥离的具有第一层的光纤的一段。

本发明实施例另一方面还提供一种光纤中光剥离方法，包括：

在具有第一层的光纤外部设置剥离层，所述第一层中传输有待剥离的光，所述剥离层的折射率小于所述第一层的折射率，且所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势；

通过剥离层，将所述第一层中待剥离的光按照发散角的不同在传播方向的不同位置处分别被剥离出去。

在一个优选的实施例中，所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势具体实现为：

所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈阶梯性递增。

在一个优选的实施例中，所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势具体实现为：

所述剥离层的折射率在沿着光传播方向呈连续递增。

通过本发明实施例，能够将第一层中待剥离的光在传播方向上分部分地进行剥离，而不是任其在传播的最初一段上集中被剥离，这就能有效提高剥离层在传播方向上的温度均匀性，减少产生的热应力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是典型的光纤激光器系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种光纤中光剥离装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一

图2示出了本发明实施例一提供的一种光纤中光剥离装置的结构示意图，如图2所示，该光剥离装置包括具有第一层的光纤和位于第一层外部的剥离层，在图2中特别地以第一层为包层20为例进行说明，此外，该光纤还包括纤芯10。在本例中，在包层20的外部涂覆有多段不同材料的剥离层，这些不同段的剥离层的折射率不同，仅作为一个示例，在图2中，剥离层共分为三段，分别为第一段40、第二段50和第三段60，这三段可以采用不同的液体、胶或者环氧树脂的成分涂覆而成。在实际中，该第一层还可以为内外两层，当第一层为包层时，即为内外两层包层，构成了双包层光纤结构。

整个剥离层的折射率均小于包层20的折射率，且在光传播方向上，上述各段剥离层的折射率呈阶梯状递增的趋势。例如当光的传播方向为图2中从左至右时，应该将上述三段剥离层的折射率设计为：第一段40的折射率<第二段50的折射率<第三段60的折射率。

由于剥离层与包层20之间的折射率相对值决定了包层20的数值孔径，而数值孔径又决定了包层20中可以传输的光的发散角范围，为此包层20在光传播方向上的数值孔径由大到小呈阶梯状递减，包层20在光传播方向上对其中传播的光的发散角控制得越来越严格，进而可以使待剥离的光按照发散角的不同在传播方向的不同位置处入射到剥离层中，从而被剥离。以图2为例，将第一段40的折射率设计为相对最小，使得包层20中的光在在传播的最初一段中，发散角最大的一部分的光将从包层20入射到第一端40的剥离层中，其余部分的光将继续在包层20中向前传播；由于第二段50的折射率设计为大于第一段40的折射率，所以包层20中传播的剩余光中又有部分的光入射到第二段50的剥离层中，其余部分的光将继续在包层20中向前传播；而第三段60的折射率设计为最大，所以包层20中剩余的光也入射到第三段60的剥离层中。

如图2所示，在实际中，上述的剥离层可以设置在外部的涂覆层30被剥离的一段上。

以一个具体的示例进行说明上述的过程。

以直径为30/250微米的双包层光纤为例，对于1微米波长的光，纤芯/包层/涂覆层的折射率为1.4450/1.4437/1.3685，这样纤芯/包层的数值孔径为0.06/0.46。而现有技术中的光剥离装置中直接使用折射率大于1.45的涂覆层对光进行剥离，即使使用大于20mm的剥离长度(即光剥离装置的长度)，依然有超过90％的包层中的光在1-2mm内被剥离，这使得热量都沉积到了这一段。而本实施例中在光传播的最开始阶段(即第一段40)使用折射率为1.4122的剥离层材料，则发散角在0.3-0.46的包层光将在碰到包层与剥离层之间的璧时溢出，而发散角小于0.3的包层光将继续在包层中传输；接下来一段(即第二段50)使用折射率为1.4402的剥离层材料，则发散角大于0.1的包层光将在碰到包层与剥离层之间的璧时溢出，而发散角小于0.1的包层光将继续在包层中传输；最后一段(即第三段60)使用折射率为1.4437的剥离层材料(折射率与包层折射率相同的材料)，则所有剩下的包层光均会被剥离。

上述被剥离的包层光在实际中可能来自于剩余的泵浦光，也可能来自于杂散的信号光或其他非线性效应引起的杂散光。

由此可以看出，本实施例中的光剥离装置将包层20中的光在传播方向上分部分地进行剥离，而不是任其在传播的最初一段上集中被剥离，这就能有效提高剥离层在传播方向上的温度均匀性，减少热应力的出现。

本领域技术人员应该能够理解，本实施例中将剥离层设计为三段仅仅是一个示例，在实际中还可以设计为2段、4段、5段等任何至少两段均可，可以根据对剥离层温度均匀性的不同要求进行灵活选择，此外各段的长度也可以根据实际需要进行灵活选择，并不仅限于各段长度相同。

实施例二

本实施例提供另外一种光剥离装置，该剥离装置与实施例一的主要不同在于，剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈连续递增。

由实施例一中的光剥离装置的工作原理，不难通过类似的原理推出当剥离层的折射率呈连续递增时，可以非常平滑地将第一层中的光在传播方向的不同位置处剥离出来，最大程度地呈现温度的均匀性，降低热应力。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (6)

1.一种光纤中光剥离装置，其特征在于，包括具有第一层的光纤和位于所述第一层外部的剥离层，所述第一层中传输有待剥离的光，所述第一层为包层，且所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势，所述剥离层的材料为环氧树脂，以使所述第一层中待剥离的光按照发散角的不同在传播方向的不同位置处分别被剥离出去；

所述包层的折射率为1.4437；所述剥离层分为第一段、第二段和第三段，所述第一段的折射率为1.4122，所述第二段的折射率为1.4402，所述第三段的折射率为1.4437，所述第一段用于溢出发散角大于或等于0.3且小于或等于0.46的光，所述第二段用于溢出剩余光中发散角大于0.1的光，所述第三段用于溢出余光。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势具体实现为：

所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈阶梯性递增。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一层分为内外两层。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述剥离层设置在外部的涂覆层被剥离的具有第一层的光纤的一段。

5.一种基于权利要求1所述的光纤中光剥离装置的光纤中光剥离方法，其特征在于，包括：

在具有第一层的光纤外部设置剥离层，所述剥离层的材料为环氧树脂，所述第一层中传输有待剥离的光，且所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势；

通过剥离层，将所述第一层中待剥离的光按照发散角的不同在传播方向的不同位置处分别被剥离出去。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈整体递增趋势具体实现为：

所述剥离层的折射率在沿着光传播方向上呈阶梯性递增。