CN107134706B - 一种光纤包层残余光滤除结构及光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于激光技术领域，提供了一种光纤包层残余光滤除结构，包括信号光纤以及连接于信号光纤的包层的外表面的多根实芯石英棒，实芯石英棒与信号光纤轴向平行，实芯石英棒的折射率不小于包层的折射率，包层中的残余光耦合进入所述实芯石英棒并最终耗散至空气中。本发明在信号光纤的包层上连接多根小直径的实芯石英棒，将信号光纤包层中的残余光耦合进入实芯石英棒中传输，最终耗散至空气中，进而避免残余光导致的局部高温甚至烧毁光纤的问题，提高了光纤激光系统的可靠性；该结构可以同时实现正向传输包层光和反射包层光的双向功率剥除功能，并且具有插入损耗低的优点，可提高激光系统的可靠性，尤其适合用于高功率光纤激光装置中。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种光纤包层光滤除结构及光纤激光器。
背景技术
近年来，由于高功率光纤激光器的优异特性，使其在工业加工、国防军事和激光医疗等领域的应用逐步扩大，市场上对高功率激光输出的需求日益增大且对功率输出的要求越来越高。双包层光纤是研制高功率光纤激光器的核心器件，基本原理是通过在包层中传输的高功率低亮度泵浦光不断被纤芯中掺杂的稀土离子吸收，最终转化为在纤芯中传输的高亮度光纤激光输出。但在激光系统中，放大的自发辐射光(ASE)、增益光纤末端残留的未被吸收的泵浦光及各熔接点处泄漏或被输出端端面反射进入光纤包层中的信号光都会进入双包层光纤的包层中。这部分包层残余光在激光系统中沿着光纤传输，增加系统高功率运行的负担，降低输出激光的光束质量。另外，残余的包层光在弯曲光纤的情况下可能会泄露进入涂覆层中被吸收，使光纤表面温度急剧上升，影响系统的稳定性和可靠性，严重情况下将导致光纤断裂和燃烧，限制了系统光功率的增加。
目前工业上解决泵浦残余光问题的方法主要是通过破坏光纤表面全反射的方法来实现，具体实施包括直接在裸露光纤的内包层上涂高折射率光学胶，或者通过腐蚀或激光微加工破坏光纤表层结构等方法，以上方法往往在剥除器有效区域的前端剥离绝大部分包层光，这部分包层光转化成热量后将导致光纤局部高温，在高功率激光系统中，严重情况下将烧毁光纤，更甚者可能会产生自聚焦效应烧毁整个激光系统。因此，光纤中残余泵浦光的剥除问题成为业内亟待解决的一个技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤包层残余光滤除结构，旨在改善现有方法性能和可靠性差的问题。
本发明是这样实现的，一种光纤包层残余光滤除结构，其特征在于，包括信号光纤以及连接于所述信号光纤的包层的外表面的多根实芯石英棒，所述实芯石英棒与所述信号光纤轴向平行，所述实芯石英棒的折射率不小于所述包层的折射率，所述包层中的残余光耦合进入所述实芯石英棒并最终耗散至空气中。
本发明的另一目的在于提供一种光纤激光器，包括所述的光纤包层残余光滤除结构。
本发明在信号光纤的包层上连接多根小直径的实芯石英棒，将信号光纤包层中的残余光耦合进入实芯石英棒中传输，最终耗散至空气中，进而避免残余光导致的局部高温甚至烧毁光纤的问题，提高了光纤激光系统的可靠性；该结构可以同时实现正向传输包层光和反射包层光的双向功率剥除功能，并且具有插入损耗低的优点，可提高激光系统的可靠性，尤其适合用于高功率光纤激光装置中。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光纤包层残余光滤除结构示意图；
图2是图1中的一种A-A向剖视图；
图3是图1中的另一种A-A向剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
请参考图1，本发明实施例提供一种光纤包层残余光滤除结构，包括信号光纤01以及连接于该信号光纤01的包层的外表面的多根实芯石英棒02，信号光纤01包括纤芯011、包层012和涂敷层013，三者由内向外套设，泵浦光在包层012中传输，信号光在纤芯011中传输。该实芯石英棒02的形状为柱状体，其长度远小于信号光纤01的长度，通常是将信号光纤01的涂敷层013剥除一段，将小段实芯石英棒02多级连接在剥除涂敷层013的包层012上，实芯石英棒02的直径也小于信号光纤01包层012的直径，多根小直径的实芯石英棒02沿着信号光纤01包层012的表面规则或不规则的分散设置，并且，实芯石英棒02与信号光纤01轴向平行，实芯石英棒02的折射率不小于包层012的折射率。由于在包层012的外表面连接了轴向平行的实芯石英棒02，且其折射率等于或者大于包层012的折射率，在贴合区域，信号光纤01包层012中传输的包层光功率根据面积比例进行重新分配，部分包层光耦合进入小直径的实芯石英棒02中传输，实芯石英棒02对泵浦光和信号光的吸收较低，最终通过表面折射将光能耗散至空气中，降低剥除区域光纤表面的温度。
本发明实施例在信号光纤01的包层012上连接多根小直径的实芯石英棒02，将信号光纤包层012中的残余光耦合进入实芯石英棒02中传输，最终耗散至空气中，进而避免残余光导致的局部高温甚至烧毁光纤的问题，提高了光纤激光系统的可靠性；该结构可以同时实现正向传输包层光和反射包层光的双向功率剥除功能，并且具有插入损耗低的优点，可提高激光系统的可靠性，尤其适合用于高功率光纤激光装置中。
优选地，多根小直径的实芯石英棒02的直径和光学折射率相同，进一步地，实芯石英棒02与信号光纤01的包层012的光学折射率相同。在其他实施例中，实芯石英棒02的折射率也可以大于包层012的折射率。
进一步地，实芯石英棒02可以通过熔融的方式与包层012的外表面熔接并且相切，同时各实芯石英棒02的共同外切同一圆周。如图2和图3，多根实芯石英棒02环绕信号光纤01包层012的径向(圆周方向)分布，同时沿着信号光纤01的轴向多级分布，如图1，并在在信号光纤01的径向和轴向均匀分布，以使得包层012各处的光均匀的耦合进入实芯石英棒02。进一步如图2，实芯石英棒在信号光纤包层的径向分布可以是相互对称的两组；如图3，也可以是依次相切排布的多组，本实施例不局限于上述数量，也可以为三组、四组、五组等。
进一步地，本实施例中的信号光纤01可以是双包层012光纤，其包括内包层和外包层，涂敷层013和外包层被剥除一段，实芯石英棒02连接在内包层表面，其折射率不小于内包层的折射率。当然，在其他实施例中，实芯石英棒02也可以连接在外包层表面，其折射率不小于外包层的折射率。
本发明提供的光纤包层残余光滤除结构在信号光纤包层012上连接多根实芯石英棒02，逐步将信号光纤01中包层光耦合至实芯石英棒02中，最终耗散至空气中，降低了剥除区域光纤表面的温度，该结构可以同时实现正向传输包层光和反射包层光的双向剥除功能，并且具有插入损耗低等优点，提高了激光系统的安全性，适合用于高功率的激光器，因此本发明还提供一种光纤激光器，包括上述的光纤包层残余光滤除结构，采用了上述滤除结构后，有效提高了激光器的安全性和可靠性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种光纤包层残余光滤除结构，其特征在于，包括信号光纤以及连接于所述信号光纤的包层的外表面的多根实芯石英棒，所述实芯石英棒的数量为至少两个，且所述实芯石英棒用于同时剥除正向传输包层光和反射包层光，所述实芯石英棒与所述信号光纤轴向平行，所述实芯石英棒的折射率不小于所述包层的折射率，所述包层中的残余光耦合进入所述实芯石英棒并最终从所述实芯石英棒的底面耗散至空气中；多根所述实心石英棒环绕所述信号光纤的所述包层外表面周向分布，同时沿着所述信号光纤的轴向均匀多级非连续分布；所述实芯石英棒的直径小于所述信号光纤的所述包层的直径。
2.如权利要求1所述的光纤包层残余光滤除结构，其特征在于，所述信号光纤包括纤芯、所述包层以及涂敷层，所述涂敷层被剥去一段，所述实芯石英棒通过熔融的方式连接在所述包层的外表面。
3.如权利要求2所述的光纤包层残余光滤除结构，其特征在于，所述实芯石英棒与所述包层的外表面相切。
4.如权利要求2所述的光纤包层残余光滤除结构，其特征在于，所述多根实芯石英棒外切于同一圆周。
5.如权利要求2所述的光纤包层残余光滤除结构，其特征在于，所述包层包括内包层和外包层，所述涂敷层和外包层被剥除一段，所述实芯石英棒连接在所述内包层的表面，其折射率不小于所述内包层的折射率。
6.一种光纤激光器，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的光纤包层残余光滤除结构。
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