CN105977774A - 用于激光模式剥离的光纤及应用其的激光模式剥离器 - Google Patents

Abstract

一种用于激光模式剥离的光纤及应用其的激光模式剥离器，该光纤至少包括：模式剥离段；该模式剥离段包括：纤芯；以及依次包覆于所述纤芯外侧的内包层和外包层，其中，所述内包层和/或外包层上加工有多个用于激光模式剥离的散射孔，该光纤及激光模式剥离器具有良好的激光模式剥离效果。

Description

用于激光模式剥离的光纤及应用其的激光模式剥离器

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，具体涉及一种剥除光纤包层中残余泵浦激光或剥除高功率传能光纤中有害的包层激光的器件。

背景技术

近年来，随着高功率光纤激光器输出功率的不断提高，目前功率最高的单模光纤激光器输出激光功率已超一万瓦，而多模光纤激光器最高输出功率已达十万瓦。

光纤激光器双包层光纤末端光纤内的包层中存在残留的泵浦光、自发辐射光及从纤芯泄露到包层中的信号光。随着输出功率的不断增加，光纤包层中残留激光的能量也在不断增加。包层中残留的激光会引起下一级泵浦合束器件严重发热，甚至烧毁。因此，将包层中残留激光及时剥除对于制备更高功率的光纤激光器和提高激光器的稳定性、可靠性有非常重要的意义。

在剥除包层中高功率残留激光时，首先，需将包层光均匀的、逐渐逐级剥除，避免在小范围内剥除非常高的功率，及不均匀剥除现象，其次，将剥除后激光产生的热迅速导走也非常关键。

目前通常采用在光纤包层表面均匀涂覆高折射率胶的方式进行光纤包层中残留激光剥除。这种方式对于剥除包层内高功率的残留激光存在以下问题：首先胶承受高温的能力比较差，并且在长时间高温下工作容易老化变质影响剥除效果，而且在一段距离均匀涂抹的方法很容易使高功率激光在前面部分剥除较严重，发热也更严重，导致光纤器件烧毁。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种激光模式剥离器。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种用于激光模式剥离的光纤。该光纤至少包括：模式剥离段；该模式剥离段包括：纤芯；以及依次包覆于所述纤芯外侧的内包层和外包层，其中，所述内包层和/或外包层上加工有多个用于激光模式剥离的散射孔。

根据本发明的另一方面，提供一种激光模式剥离器。该激光模式剥离器包括：用于激光模式剥离的光纤及冷却腔体，冷却装置包括：外壳体和由所述外壳体围成的中空结构，所述中空结构容置所述光纤的模式剥离段用于传导热量。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下有益效果之一：

(1)光纤表面设置散射孔，引导激光从散射孔中射出来进行激光模式剥离。

(2)散射孔沿激光传输方向逐渐加密，深度沿激光传输方向逐渐加深，控制包层中的残留激光均匀泄露。

(3)冷却腔体设置进水口与出水口，采用冷却水直接吸收光纤散射处的激光，以热量的形式迅速导出，避免高热量影响光纤器件。

附图说明

图1为本发明实施例中激光模式剥离器的结构示意图；

图2为采用图1中的激光模式剥离器的激光模式剥离示意图；

图3为本发明为图1中激光模式剥离器提供冷却的冷却腔体的结构示意图；

图4为采用了图3中的冷却腔体的激光模式剥离器的结构示意图；

图5为图4中的激光模式剥离器的激光模式剥离示意图。

【主要元件】

10-光纤； 11-涂覆层； 12-内包层； 13-纤芯；

14-外包层； 15-散射孔； 20-冷却腔体； 21-外壳体；

22-注胶孔； 23-密封胶； 24-进液孔； 25-冷却液体；

26-出液孔； 27-中空结构； 28-通孔； 31-残留激光；

32-散射激光 33-反射激光。

具体实施方式

本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种用于激光模式剥离的光纤10，该光纤10是经成品光纤制作的，并非传统意义上的光纤。而上述成品光纤则为传统意义上的光纤。

成品光纤包括纤芯13、内包层12、外包层14及涂覆层11四部分，其中纤芯13用于产生及传输信号激光，内包层12附着在纤芯13表面，用于传输泵浦激光，外包层14附着在内包层12表面，用于束缚内包层12中传输的泵浦激光，使其不产生外泄，涂覆层11附着在外包层14表面，用于保护光纤表面不被损伤及提高光纤柔韧性。

如图1所示，用于激光模式剥离的光纤10由成品光纤制作而成。上述光纤10由成品光纤在模式剥离段剥除涂覆层11而成，并且在剥除涂覆层11后的光纤部分的表面加工有多个垂直于光纤轴向的散射孔15，散射孔15沿周向分布在剥除涂覆层11后的光纤部分的表面。散射孔15在剥除涂覆层11后的光纤部分的表面的分布为密度沿激光传输方向逐渐加密，散射孔15的深度沿激光传输方向逐渐加深。散射孔15最浅深度为穿透外包层14，最深深度为不能穿透内包层12，即散射孔的深度h满足：h1≤h＜h2其中，h1为外包层的厚度，h2为外包层和内包层的总厚度。内包层12中残留激光泄露的程度及强度分布与散射孔15的密度分布及深度分布相关。具体的散射孔15可以为方孔、圆孔等，优选为圆孔，直径为1μm～1000μm，优选为100μm～500μm，散射孔15的密度沿激光传输方向由疏松逐渐加密，散射孔15可以采用化学腐蚀法或CO₂激光雕刻法在剥除涂覆层11后的光纤部分对外包层14和/或部分内包层12加工形成。

需要说明的是，上述说的散射孔的深度分布和密度分布为优选方式，可以较为彻底的完成激光模式剥离，本发明亦可以采用其他的深度分布和密度分布。

剥离激光模式的机理如图2所示，当内包层12中需要泄露的残留激光31遇到散射孔15后，一部分激光会因为不满足全反射条件而泄露，另一一部分激光会发生发射继续向前传输。鉴于光纤剥离激光模式的部分剥除涂覆层11，从散射孔15中散射出的散射激光32直接泄露出光纤来实施激光剥离，部分继续向前传输的反射激光33遇到下一个散射孔15继续泄露，经过多个散射孔15，内包层12中需要泄露的残留激光完成剥离，使得光纤的可靠性和稳定性大幅提高，鉴于内包层12中残留激光泄露的程度及强度分布与散射孔15的密度分布及深度分布相关，可以通过设置散射孔15不同密度分布和深度分布来控制控制包层中12残留激光31泄漏的均匀程度。

本领域技术人员应当清楚，本实施例用于激光模式剥离的光纤由成品光纤加工，但在本发明其他实施例中，也可以由其他线材加工而成，典型的如为制备涂覆层的光纤半成品，只要满足纤芯、内包层、外包层的折射率关系，并且在内包层和外包层上加工有用于激光模式玻璃的散射孔，同样可以实现本发明。

基于上述用于激光模式剥离的光纤，本发明还提供一种激光模式剥离器。该激光模式剥离器包括用于激光模式剥离的光纤10和冷却腔体20，用于更好的吸收由光纤10剥离出的残留激光。

如图3所示，冷却腔体20具有一外壳体21，外壳体21两端部侧壁各设有一通孔28，直径略大于光纤10直径，用于穿过光纤10，外壳体21内部为中空结构27，两通孔28与中空结构27共轴且相连通，外壳体21靠近两端部的表面各设置一个在厚度方向上贯穿外壳体21上下两侧的注胶孔22，分别于相应的通孔28相贯通，注胶孔22具有位于外壳体上下两侧的两孔口，一个孔口用于注胶，另一个孔口用于排出里面的空气；外壳体21表面加工有一进液孔24及一出液孔26，进液孔24与出液孔26均与外壳体21内部中空结构27相通，其中进液孔24靠近一注胶孔22，出液孔26靠近另一注胶孔22，外壳体21可选用铁、铜、不锈钢等金属材料或耐腐蚀非金属材料，优选为不锈钢材料，进液孔24与出液孔26结构相同，其作用可以互换。

如图4所示，将光纤10从外壳体21一端通孔28穿入，从另一端通孔28穿出，使得剥除涂覆层11的部分位于冷却腔体20的中空结构27中，通过两注胶孔22注入密封胶23，将光纤10固定在外壳体21上，同时将外壳体21两端通孔28密封，光纤10上散射孔15密度大的部分靠近进液孔24，密度小的部分靠近出液孔26，冷却液体25优选冷却水，持续从进液孔24流入中空结构27，从出液孔26持续流出，用于快速吸收从光纤10的散射孔15中散射出的激光32，如图5所示，以热量的形式迅速导出，光纤10表面无任何其它物质，非常适合采用冷却水与光纤表面直接接触的这种直接水冷形式，可大幅提高其剥离激光的能力。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

冷却液还可以为冷却气体来代替，即液冷方式替换为气冷方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

Claims (10)

1.一种用于激光模式剥离的光纤(10)，其特征在于，至少包括：模式剥离段；

其中，该模式剥离段包括：纤芯(13)；以及依次包覆于所述纤芯(13)外侧的内包层(12)和外包层(14)，其中，所述内包层(12)和/或外包层(14)上加工有多个用于激光模式剥离的散射孔(15)。

2.根据权利要求1所述的光纤(10)，其特征在于，所述散射孔的深度h满足：

h1≤h＜h2

其中，h1为外包层的厚度，h2为外包层(14)和内包层(12)的总厚度。

3.根据权利要求1所述的光纤(10)，其特征在于，所述散射孔(15)在内包层(12)和/或外包层(14)的分布为：

密度沿激光传输方向逐渐增加；和/或，

深度沿激光传输方向逐渐加深。

4.根据权利要求1所述的光纤(10)，其特征在于，所述散射孔(15)采用化学腐蚀法或CO₂激光雕刻法在内包层(12)和/或外包层(14)加工而成。

5.根据权利要求1至4中任一所述的光纤(10)，其特征在于，还包括：

前连接段和后连接段，分别连接于所述模式剥离段的前端和后端；

其中，所述前连接段、模式剥离段和后连接段由一整段成品光纤加工而成，并且，所述模式剥离段所在部分的涂覆层(11)被去除，所述前连接段和后连接段所在部分的涂覆层(11)被保留。

6.一种激光模式剥离器，其特征在于，包括：

权利要求5所述的光纤(10)；以及

冷却腔体(20)，包括：外壳体(21)和由所述外壳体围成的中空结构(27)，所述中空结构(27)容置所述光纤(10)的模式剥离段用于传导热量。

7.根据权利要求6所述的激光模式剥离器，其特征在于，所述外壳体(21)上设置有进液孔(24)和出液孔(26)，与所述中空结构(27)相通，用于冷却液的流入和流出。

8.根据权利要求7所述的激光模式剥离器，其特征在于，所述冷却液为冷却水。

9.根据权利要求6所述的激光模式剥离器，其特征在于，所述外壳体(21)两端侧壁均设置有通孔(28)，与中空结构(27)相通，用于光纤(10)穿入和穿出所述冷却腔体(20)；

所述前连接段通过密封胶固定于其中一端侧壁的通孔(28)，所述后连接段通过密封胶固定于其中另一端侧壁的通孔(28)。

10.根据权利要求9所述的激光模式剥离器，其特征在于，所述外壳体(21)靠近两端部均具有贯穿外壳体(21)的注胶孔(22)，与相应所述通孔(28)相贯通，所述注胶孔(22)具有位于外壳体(21)上下两侧的两孔口，一个孔口用于向相应所述通孔(28)注入密封胶，另一个孔口用于排出空气。