CN106772787A - 用于滤除包层光的光纤及应用其的包层光滤除器 - Google Patents

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Abstract

一种用于滤除包层光的光纤及应用其的包层光滤除器，所述光纤至少包括：滤除包层光段，其中，所述滤除包层光段至少包括：纤芯；以及至少一包覆所述纤芯的包层，最外侧包层外表面沿光传播方向依次涂覆低折射率材料层及高折射率材料层，低折射率材料层中填充有散射粒子，该光纤可逐步滤除包层光，避免了滤除的包层光过于集中，分散了包层光产生的热效应。

Description

用于滤除包层光的光纤及应用其的包层光滤除器
技术领域
本发明属于光纤激光器领域，具体涉及一种滤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光的器件。
背景技术
随着半导体激光泵浦技术和光纤拉制技术的发展，高功率光纤激光与放大器的功率不断提高，目前已实现万瓦级光纤激光输出。
在光纤激光与放大器输出端前，由于未充分吸收的泵浦光和纤芯泄漏到包层的激光，导致在包层中还存在大量的包层光，其会严重影响光纤激光器的输出光束质量，并对后面链路光学器件造成的危害，因此需要在激光输出前将包层光从光纤包层中剥离。
目前现有的包层光滤除方法大致可以分为两类：一是在光纤包层表面涂高折射率的材料，从而破坏全反射条件，使得包层光从包层中剥离出来。另一种是对光纤包层进行腐蚀或者微加工，使包层光泄漏出来。这两种方法的缺陷是很难实现滤除温度均匀分布，大部分包层光会在几毫米的距离内泄漏出来，由于高折射率的材料对包层光有一定的吸收，造成滤除器局部过热，即使通过改进散热性能也难以实现数百瓦到上千瓦的包层光滤除。
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，本发明提出了一种用于包层光滤除的光纤及应用其的包层光滤除器。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种用于滤除包层光的光纤，至少包括：滤除包层光段，其中，所述滤除包层光段至少包括：纤芯；以及至少一包覆所述纤芯的包层，最外侧包层外表面沿光传播方向依次涂覆低折射率材料层及高折射率材料层，低折射率材料层中填充有散射粒子。
根据本发明的另一个方面，提供了一种包层光滤除器，其中，包括：
上述的光纤；以及冷却腔体，包括：冷却主体和及其上设置的凹槽，所述凹槽容置所述滤除包层光段用于散热。
(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：
光纤表面沿光传输方向依次设置涂覆低折射率材料层和折射率材料层，其中低折射率材料层中添加有散射粒子，逐步滤除包层光，避免了滤除的包层光过于集中，分散了包层光产生的热效应；
低折射材料层中沿光传输方向添的有散射粒子含量依次升高，可以逐步滤除包层中部分包层光，进一步避免了滤除的包层光过于集中，分散了包层光产生的热效应；
低折射率材料层中沿光传输方向添的有散射粒子含量分段依次升高，方便光纤制造；
冷却装置容纳该光纤，将光纤释放的热量迅速导出，避免高热量影响光纤器件，可以承受百瓦到上千瓦的包层光滤除，可应用于千瓦和万瓦及光纤激光器中，极大的提高了光纤激光器的安全稳定性能。
附图说明
图1为本发明实施例中用于滤除包层光的光纤的结构示意图；
图2为本发明另一实施例用于滤除包层光的光纤的结构示意图；
图3为本发明又一实施例用于滤除包层光的光纤的结构示意图；
图4为本发明再一实施例用于滤除包层光的包层光滤除器的结构示意图；
图5为图4中AA的截面图；
图6为本发明进一步一实施例用于滤除包层光的包层光滤除器的结构示意图。
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滤除包层光的光纤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。
以双包层光纤为例，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，涂覆层同时起到束缚包层中传输的泵浦光，使其不产生外泄。
图1为本发明一实施例中用于滤除包层光的光纤的结构示意图，如图1所示，用于滤除包层光的光纤10由成品光纤制作而成。上述光纤10由成品光纤在滤除包层光段剥除涂覆层11而成，并且在剥除涂覆层11后的光纤部分的表面上沿光传输方向依次涂覆低折射率材料层15及高折射率材料层16，其中低折射率材料层15中填充散射粒子，低折射率材料层15的折射率n15小于等于涂覆层11的折射率n，填充散射粒子的低折射率材料层15可以将包层中部分包层光引导出外包层14，光纤包层表面附着散射粒子区域，破坏全反射条件，包层光被滤除出来；光纤包层表面附着低折射率材料区域，包层光不会被滤除。散射粒子的含量质量百分比的范围为5％～90％，高折射率材料层16的折射率n16大于涂覆层11的折射率n，其可以破坏光纤外包层14的全反射条件，可以滤除剩余包层光。本实施例中滤除包层光的光纤10，逐步滤除包层光，避免了滤除的包层光过于集中，分散了包层光产生的热效应。
需要说的是本实施例中以双包层光纤为例进行举例说明，本实施例中的用于滤除包层光的光纤可以还可以为多包层光纤，通过剥离成品光纤的涂覆层并涂覆沿光传输方向在最外侧包层上依次涂覆低折射率材料层15及高折射率材料层16获得。
图2为本发明另一实施例用于滤除包层光的光纤的结构示意图，如图2所示，本实施例中与上一实施例类似，不同之处在于，细化了填充由散射粒子的低折射率材料层15的结构，填充散射粒子的低折射率材料层15将包层中部分包层光引导出外包层14的能力与其中填充的散射粒子的含量有关，填充的散射粒子的含量越高，将包层光引导出包层的能量就越强，因此，本实施例中，沿光传输方向，低折射率材料层15填充散射粒子的浓度逐渐增高，可以逐步滤除部分包层光，避免了滤除的部分包层光过于集中，分散了包层光产生的热效应。
具体如图2所示，本实施例中，低折射率材料层15分为了第一子低折射率材料层151及第二子低折射率材料层152，两低折射率材料层中均添加有散射粒子17，其中第一子低折射率材料层151及第二子低折射率材料层152沿光传输方向顺序排列，第一子低折射率材料层151的散射粒子17的含量低于第二子低折射率材料层152中散射粒子17的含量，例如，第一子低折射率材料层151的散射粒子17的质量百分比为5％～15％，第二子低折射率材料层152的散射粒子17的质量百分比为30％～40％，第二子低折射率材料层152较第一子低折射率材料层151具有更强的将包层光引导出外包层的能力，本实施例中，包层光先经过第一子低折射率材料层151，滤除第一子部分包层光，再经过第二子低折射率材料层152滤除第二子部分包层光，最后经过高折射率材料层16破坏光纤外包层14的全反射条件，滤除剩余的包层光，本实施例可以逐步滤除包层光，避免了滤除的包层光过于集中，分散了包层光产生的热效应。本实施例中，每一第二子低折射率材料层中的散射粒子17的含量固定，容易制造。
需要说明的是，本实施例尽管仅给出低折射率材料层15分为两个子层的方式，本领域技术人员可以理解的是为了进一步分步滤除部分包层光，在其他实施例中，低折射率材料层15分为n个子低折射率材料层的方式，沿光传输方向顺序排列的子低折射率材料层中的散射粒子17依次增高。在另一些其他实施例中，低折射率材料层15并不分段，其沿光传输方向散射粒子17连续增高。
图3为本发明又一实施例用于滤除包层光的光纤的结构示意图，如图3所示，本实施例中与上述另一实施例类似，不同之处在于，本实施例中第一子低折射率材料层151、第二子低折射率材料层152及高折射率材料层16并非沿光传输方向依次连续设置在一段剥除涂覆层11滤除包层光段中。二是非沿光传输方向依次分别设置在三段剥除涂覆层11滤除包层光段中，相邻两滤除包层光段之间的光纤并未剥除涂覆层。
需要说明的是，本实施例尽管仅给出低折射率材料层15分为两个子层的方式，本领域技术人员可以理解的是为了进一步分步滤除部分包层光，在其他实施例中，低折射率材料层15分为N个子低折射率材料层的方式，沿光传输方向顺序排列的子低折射率材料层中的散射粒子17依次增高。
本领域技术人员应当清楚，上述该些实施例用于滤除包层光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，并且在外包层上沿沿光传输方向顺序设置填充散射粒子的低折射率材料层和高折射率材料层，同样可以实现本发明。
基于上述用于滤除包层光的光纤，本发明还提供一种滤除包层光的滤除器。该滤除包层光的滤除器包括上述该些实施例中的用于滤除包层光的光纤10和冷却装置20，用于更好的吸收由光纤10滤除的包层光。
图4为本发明再一实施例用于滤除包层光的包层光滤除器的结构示意图，如图4所示，冷却装置20包括冷却本体，冷却本体上设置有凹槽21，用于容置用于滤除包层光的光纤10的剥除了涂覆层的滤除包层光段。实施例中光纤10具有一段滤除包层光段，具体为上述另一实施例中的光纤结构。冷却装置20还包括盖体22，用于封盖凹槽21顶部，使得光纤10的滤除包层光段完全容置在冷却装置20内。图5为图4中AA的截面图，如图5仅示出了光纤10的涂覆第一子低折射率材料层151区段的截面图，可见，光纤10的滤除包层光段完全容置在冷却装置20内，其外部涂覆填充有散射粒子17的第一子低折射率材料层151。
冷却装置2可以通过风冷、液态冷却剂或者半导体冷却方式进行主动制冷，快速去除滤除包层光段滤除包层光散发的热量。避免高热量影响光纤器件，可以承受百瓦到上千瓦的包层光滤除，可应用于千瓦和万瓦及光纤激光器中，极大的提高了光纤激光器的安全稳定性能。
图6为本发明进一步一实施例用于滤除包层光的包层光滤除器的结构示意图，如图6所示，冷却装置20包括冷却本体，冷却本体上设置有多个凹槽21，用于容置用于滤除包层光的光纤10的多个剥除了涂覆层的滤除包层光段。实施例中光纤10具体为上述又一实施例中的光纤结构。冷却装置20还包括盖体22，用于封盖凹槽21顶部，使得光纤10的滤除包层光段完全容置在冷却装置20内，冷却装置20可以通过风冷、液态冷却剂或者半导体冷却方式进行主动制冷，快速去除滤除包层光段滤除包层光散发的热量。避免高热量影响光纤器件，可以承受百瓦到上千瓦的包层光滤除，可应用于千瓦和万瓦及光纤激光器中，极大的提高了光纤激光器的安全稳定性能。
上述两实施例中的包层光滤除器中，冷却装置20的凹槽21可以为一段或多段，可以为直槽，也可以进行弯曲，槽的截面形状可以为V型、U型、矩形，槽的总长度要大于5cm。
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。
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 (14)

1.一种用于滤除包层光的光纤(10)，至少包括：滤除包层光段，其中，
所述滤除包层光段至少包括：纤芯(13)；以及至少一包覆所述纤芯(13)的包层，最外侧包层外表面沿光传播方向依次涂覆低折射率材料层(15)及高折射率材料层(16)，低折射率材料层(15)中填充有散射粒子(17)。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中所述低折射率材料层沿光传播方向依次包括N个子低折射率材料层(151，152)，N为正整数且N≥1，其中每个子低折射率材料层内的散射粒子(17)的含量为Si，其中Si＜Si+1i＝1，2，……N-1。
3.根据权利要求1所述的光纤，其中N＝2，第一子低折射率材料层(151)及第二子低折射率材料层(152)中的散射粒子(17)的含量质量百分比分别为：5％≤S1≤15％，30％≤S2≤40％。
4.根据权利要求1所述的光纤，其中所述低折射率材料层沿光传播方向上散射粒子(17)的含量连续变大。
5.根据权利要求2所述的光纤，其中，第一子低折射率材料层(151)、第二子低折射率材料层(152)、……、第N子低折射率材料层及高折射率材料层(16)沿光传播方向依次设置在一滤除包层光段上。
6.根据权利要求2所述的光纤，其中，第一子低折射率材料层(151)、第二子低折射率材料层(152)、……、第N子低折射率材料层及高折射率材料层(16)沿光传播方向依次分别设置在多个滤除包层光段上，其中每一滤除包层光段包括上述第一子低折射率材料层(151)、第二子低折射率材料层(152)、……、第n子低折射率材料层及高折射率材料层(16)中共的一个或多个。
7.根据权利要求6所述的光纤，其中，N＝2，所述光纤包括三个滤除包层光段上，第一子低折射率材料层(151)、第二子低折射率材料层(152)及高折射率材料层(16)沿光传播方向以一一对应的方式依次分别设置在所述三个滤除包层光段上。
8.根据权利要求1所述的光纤(10)，其中所述滤除包层光段采用剥离涂覆层的方式获得，其中所述低折射率材料层(15)的折射率n15及高折射率材料层(16)的折射率n16与所述涂覆层(11)的折射率满足下式：n15≤n＜n16。
9.一种包层光滤除器，其中，包括：
权利要求1-8中任一所述的光纤(10)；以及
冷却腔体(20)，包括：冷却主体和及其上设置的凹槽(21)，所述凹槽(21)容置所述滤除包层光段用于散热。
10.根据权利要求9所述的包层光滤除器，其中，还包括：
盖体(22)，用于封盖凹槽(21)顶部，使得所述光纤(10)的滤除包层光段完全容置在冷却装置(20)内。
11.根据权利要求9的所述包层光滤除器，其中，所述凹槽包括M段子凹槽，M为正整数且M≥1；
所述M段子凹槽中的任一子凹槽的形状为直槽或弯形槽；和/或
所述M段子凹槽中的任一子凹槽的截面形状为V型、U型或矩形。
12.根据权利要求11所述包层光滤除器，其中，M＝3，三个子凹槽沿光传输方向分别对应容置所述三个滤除包层光段。
13.根据权利要求11所述包层光滤除器，其中，所述凹槽(21)的总长度大于等于5cm。
14.根据权利要求1所述包层光滤除器，其中，所述光纤为双包层光纤或多包层光纤。
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