CN105048261A - 光纤包层滤除器及具有其的光纤激光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤激光系统的光纤包层滤除器，光纤包括纤芯和小包层，纤芯位于小包层内，其中，包层滤除器设置在小包层外，包层滤除器被构造为具有包层光透射面和包层光全反射面，其中，当正向的包层光由小包层沿包层光透射面进入包层滤除器时，正向的包层光由包层光全反射面进行全反射后在大包层中继续传输，当反向的包层光由包层光全反射面进行全反射后，由包层光透射面透射至外界环境中而对反向的包层光进行滤除。该包层滤除器通过将反向的包层光由包层光全反射面全反射后透射至外界环境中，实现对反向的包层光进行滤除，使滤除器具有方向选择性，滤除功率高，且实现简单可靠。本发明还公开了一种光纤激光系统。

Description

光纤包层滤除器及具有其的光纤激光系统

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，特别涉及一种光纤激光系统的光纤包层滤除器和一种光纤激光系统。

背景技术

随着光纤激光技术不断发展，应用于包层光滤除的情况也越来越复杂。例如在双向泵浦光纤激光振荡系统中，为了避免残余泵浦光以及系统产生的包层信号光损坏后续器件，必须及时对光纤包层所传输的光能量例如残余泵浦光和包层信号光进行释放。

参照图1所示的双向泵浦光纤激光振荡系统，双向的残余泵浦与沿着激光输出方向传播的包层光可以通过多模光纤耦合器进入每一个激光泵浦二极管的尾纤中传播，造成的结果是在系统末端的后续器件，例如激光泵浦二极管，泵浦保护器等会直接暴露在激光能量的照射下，易导致后续器件受到损坏。

相关技术中，包层滤除器的包层滤除技术是双向的，即同时对光纤中所传输的两个方向的光进行滤除。换言之，对任何通过包层滤除器的包层光，包层滤除器没有方向选择性地进行滤除。然而，当应用于双向泵浦光纤激光振荡系统时，在滤除一个方向的残余泵浦光时，会同时滤除掉另一个方向的注入泵浦光，导致包层滤除器无法应用于双向泵浦光纤激光振荡系统，无法实现单向包层光滤除。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种具有方向选择性，滤除功率高，实现简单可靠的光纤激光系统的光纤包层滤除器。

本发明的另一个目的在于提出一种光纤激光系统。

为达到上述目的，本发明实施例一方面提出了一种光纤激光系统的光纤包层滤除器，所述光纤包括纤芯和小包层，所述纤芯位于所述小包层内，其中，所述包层滤除器设置在所述小包层外，所述包层滤除器被构造为具有包层光透射面和包层光全反射面，其中，当正向的包层光由小包层沿所述包层光透射面进入所述包层滤除器时，所述正向的包层光由所述包层光全反射面进行全反射后在大包层中继续传播，当反向的包层光由所述包层光全反射面进行全反射后，由所述包层光透射面透射至外界环境中而对所述反向的包层光进行滤除，所述包层滤除器包括：所述大包层，所述大包层与所述小包层通过熔接的方式连接；石英帽，所述石英帽套在所述大包层外，且所述大包层的一部分位于所述石英帽内而另一部分位于所述石英帽外。

根据本发明实施例提出的光纤激光系统的光纤包层滤除器，当正向的包层光由小包层沿包层光透射面进入时，正向的包层光由包层光全反射面进行全反射在大包层中继续传播，当反向的包层光由包层光全反射面进行全反射后，由包层光透射面透射至外界环境中而对反向的包层光进行滤除，实现单向包层光滤除的光纤处理工艺，对于光纤中所传输的两个方向的光选择性地进行单向滤除，且滤除功率高，实现简单可靠。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述小包层与所述大包层具有相同纤芯尺寸和形状。

本发明实施例另一方面提出了一种光纤激光系统，其包括上述的光纤激光系统的光纤包层滤除器。

根据本发明实施例提出的光纤激光系统，当正向的包层光由小包层沿包层光透射面进入时，正向的包层光由包层光全反射面进行全反射在大包层中继续传播，当反向的包层光由包层光全反射面进行全反射后，由包层光透射面透射至外界环境中而对反向的包层光进行滤除，实现单向包层光滤除的光纤处理工艺，对于光纤中所传输的两个方向的光选择性地进行单向滤除，且滤除功率高，实现简单可靠。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术中的双向泵浦光纤激光振荡系统的结构示意图；

图2(a)为根据本发明一个实施例的光纤激光系统的光纤包层滤除器的结构示意图；

图2(b)为根据本发明一个实施例的光纤激光系统的光纤包层滤除器的光路示意图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的光纤激光系统的光纤包层滤除器。其中，光纤包括纤芯和小包层，纤芯位于小包层内。

具体地，包层滤除器设置在小包层外，包层滤除器被构造为具有包层光透射面和包层光全反射面，其中，当正向的包层光由小包层沿包层光透射面进入包层滤除器时，正向的包层光由包层光全反射面进行全反射后在大包层中继续传播，当反向的包层光由包层光全反射面进行全反射后，由包层光透射面透射至外界环境中而对反向的包层光进行滤除。本发明实施例的包层光滤除器能够允许沿一个方向传输的包层光通过该滤除器基本不受影响，同时将另一个方向通过的包层光按照一定比例释放到环境中去。

在本发明的一个实施例中，应用于光纤激光系统的包层滤除器是一种单向光滤除器，其目的在于滤除光纤激光系统中某个特定位置的向某个特定方向传输的包层光，而对这个位置的其他传输方向的包层光不产生影响。其中，光纤激光系统可以是全光纤激光振荡器、全光纤激光放大器、分立式激光振荡器和分立式激光放大器等。另外，上述的特定位置的特点为对于某些特定的光纤激光系统在这个位置上的沿着光纤轴向的两个不同方向均有光能量在包层内传播，因此特定位置可以包括泵浦传输光纤、激光传输光纤、增益光纤和放大级种子传输光纤等需要进行包层光滤除的光纤。

其中，在本发明的一个实施例中，包层滤除器包括：大包层，大包层与小包层通过熔接的方式连接；石英帽，石英帽套在大包层外，且大包层的一部分位于石英帽内而另一部分位于石英帽外。

进一步地，在本发明的一个实施例中，上述的包层滤除器可以称为不对等包层光纤熔接结构包层滤除器，不对等包层光纤熔接结构工艺为：采用两根包层尺寸不相同的光纤进行熔接处理。其中，熔接处理可以指对小尺寸包层光纤进行切割处理和对大尺寸包层光纤进行切割处理，并且对切割得到的端面进行打磨处理，得到完整的平面度很高的光纤端面。进一步地，打磨处理可以指根据所需要的滤除比例选择不同的粗糙度，甚至可以进行端面打毛处理。优选地，在熔接处理时可以选择性地对大尺寸光纤靠近端面的区域对光纤包层表面进行打毛处理和选择性地对大尺寸光纤靠近端面的区域进行折射率匹配滤除。本发明实施例的包层光滤除器的结构特点为可以沿着光传输方向，产生不回复的包层尺寸的阶跃性变化。

具体地，在本发明的一个实施例中，参照图2(a)所示，不对等包层熔接滤除器结构包层滤除器可以通过具有相同纤芯尺寸和形状的小包层光纤21，与大包层光纤22进行熔接处理得到。其中，在熔接的过程中，端面23需要进行仔细的处理。这里所采用的处理方式为打毛这个端面即打毛处理，减小了发生在这个面上的反射作用。进一步地，石英帽24采用较高折射率的材料制成，其作用在于引导接触了界面23的包层光释放到环境中去，且石英帽的中心孔尺寸略大于小包层光纤21的包层直径，以避免石英帽24与小包层光纤21发生接触引导包层光溢出。当小包层光纤21和大包层光纤22熔接完成后，将石英帽24放置在图示位置，再进行一次时间较短的熔接操作，其目的在于减小石英帽24端面25与大包层光纤端面23接触所形成的界面对光传播所造成的反射作用，同时在熔接过程中石英帽24与大包层21的界面接触部分26也形成了包层光滤除区域。

进一步地，在本发明的一个实施例中，参照图2(b)所示，当不对等包层熔接滤除器结构包层滤除器应用于激光系统时，小包层光纤中传输的包层光方向27可以顺利的通过光纤熔接界面23而进入大包层传播，同时由于小包层光纤包层数值孔径的限制，其进入大包层22后的传播无法解除到辅助滤除区域26，因此这个方向的光传播不受影响。大包层光纤中传输的包层光方向28在传播过程中遇到界面23，其中大部分的光通过界面23进入石英帽24而发散的环境中。同时也有一部分包层光照射在区域26而进入石英帽24从而发散到环境中。其中，滤除比例主要通过大包层光纤22的包层直径与小包层光纤21的包层直径比来确定，两根光纤的直径差距越大，滤除效果越明显。

本发明实施例的包层滤除器能针对着一些特定的激光系统，提供一些能够具有方向选择性的包层光滤除器。其中，对于光纤激光系统来说，在光线中传播的两个方向的光互相是独立的，不受影响的。实际上，目前应用于光纤激光系统的多模光纤耦合器就是一类具有方向选择性的包层光滤除器，只不过由于多模光纤耦合器的制作工艺与技术要求，其能够耐受的滤除功率过低，且相对来说工艺复杂。然而，本发明实施例的包层滤除器针对需要按照方向选择性清洗包层光激光系统例如双向泵浦光纤激光系统，设计与实现了能够促使一个方向上的包层光按照一定的比例滤除出去，而另一个方向上的包层光几乎不受到影响的包层光滤除器，且所采用的工艺和处理简单可靠，通过控制调制设计中的一些参数，可以有效的控制滤除包层光的比例，为包层滤除技术在光纤系统中的应用提供了进一步的应用领域。

根据本发明实施例提出的光纤激光系统的光纤包层滤除器，当正向的包层光由小包层沿包层光透射面进入时，正向的包层光由包层光全反射面进行全反射在大包层中继续传播，当反向的包层光由包层光全反射面进行全反射后，由包层光透射面透射至外界环境中而对反向的包层光进行滤除，实现单向包层光滤除的光纤处理工艺，对于光纤中所传输的两个方向的光选择性地进行单向滤除，且滤除功率高，实现简单可靠。

此外，本发明的实施例还提出了一种光纤激光系统，该系统包括上述的光纤激光系统的光纤包层滤除器。根据本发明实施例提出的光纤激光系统，当正向的包层光由小包层沿包层光透射面进入时，正向的包层光由包层光全反射面进行全反射在大包层中继续传播，当反向的包层光由包层光全反射面进行全反射后，由包层光透射面透射至外界环境中而对反向的包层光进行滤除，实现单向包层光滤除的光纤处理工艺，对于光纤中所传输的两个方向的光选择性地进行单向滤除，且滤除功率高，实现简单可靠。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。另外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (3)

1.一种光纤激光系统的光纤包层滤除器，其特征在于，所述光纤包括纤芯和小包层，所述纤芯位于所述小包层内，

其中，所述包层滤除器设置在所述小包层外，所述包层滤除器被构造为具有包层光透射面和包层光全反射面，其中，当正向的包层光由小包层沿所述包层光透射面进入所述包层滤除器时，所述正向的包层光由所述包层光全反射面进行全反射后在大包层中继续传播，当反向的包层光由所述包层光全反射面进行全反射后，由所述包层光透射面透射至外界环境中而对所述反向的包层光进行滤除，所述包层滤除器包括：

所述大包层，所述大包层与小包层通过熔接的方式连接；

石英帽，所述石英帽套在所述大包层外，且所述大包层的一部分位于所述石英帽内而另一部分位于所述石英帽外。

2.根据权利要求1所述的光纤激光系统的光纤包层滤除器，其特征在于，所述小包层与所述大包层具有相同纤芯尺寸和形状。

3.一种光纤激光系统，其特征在于，包括：如权利要求1-2任一项所述的光纤激光系统的光纤包层滤除器。