CN109541750A - 光纤剥模器的制作方法及封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光纤剥模器、光纤剥模器的制作方法及封装结构，该光纤剥模器具有剥光效率高，承受功率高，温度分布均匀，使用寿命长，稳定性高等优点。光纤剥模器的封装结构，将光纤剥模器设置于玻璃管中，对光纤剥模器进行初步封装保护，再将玻璃管设置于由导热盖板和导热底板围成的收纳腔内，对光纤剥模器进行导热封装，这样，一方面便于封装结构安装于外部水冷装置的水冷板上，将光纤剥模器散发的热量均匀传导至水冷板上，再通过水冷装置带走热量；另一方面光纤剥模器的导热封装能够防止剥除的光泄漏到光路模块中，避免了剥除的光对光路的损害，从而大大提高光纤剥模器的稳定性和工作效率，进而维护了整个光纤激光器系统的稳定。

Description

光纤剥模器的制作方法及封装结构

技术领域

本发明涉及激光技术和光纤技术领域，具体是涉及一种光纤剥模器的制作方法及其封装结构。

背景技术

光纤剥模器CPS是光纤激光器的重要组成部分，用于剥除光纤内包层中的激光。泵浦源LD通过泵浦合束器将泵浦光耦合进有源光纤的内包层，为有源光纤提供能量，在纤芯中产生信号光，再通过谐振腔反馈选模放大，然后输出。然而，由于有源光纤的长度有限，不能够完全吸收包层中泵浦光，以及部分包层中的泵浦光以螺旋光的形式存在，因此，包层中含有泵浦光。另外，由于光纤熔接的不完美，以及光纤本身的缺陷，部分信号光可能泄漏到包层中，因此，包层中含有信号光。包层中的光的存在，会导致激光能量的不稳定，使得光纤激光器的光束质量差，严重影响光纤激光器的性能，甚至会损坏光纤激光器。因此，需要通过光纤剥模器CPS将包层中的光剥除掉。

目前，光纤剥模器的制作方法，通常采用将双包层无源光纤的外包层剥除后，在内包层表面沿着光纤轴向单段或者分段涂覆一层单一或不同高折射率的有机胶水，以破坏内包层的光的全反射条件，使内包层的光泄漏到外部空间。但是，这样的制作方法具有明显的缺点。首先，光纤剥模器在工作的时候，需要剥除大量的包层光，尤其随着光纤激光器功率的升高，需要剥除的泵浦光更是大量增加，导致光纤剥模器上面会聚集大量的热，使光纤剥模器的温度非常高。其次，高折射率的有机胶水是有机聚合物，长期工作在高温的条件的下，有机胶水会发生变质，导致光吸收增加，温度进一步上升，最终可能会导致光纤剥模器损坏，严重影响高功率光纤激光器的稳定性。

此外，现有技术只是对光纤进行处理制作成光纤剥模器，使包层光能够泄露出来，而没有对光纤剥模器进行有效的封装处理。由于光纤剥模器用于剥除包层光，光纤剥模器表面会泄漏出大量的激光，尤其随着光纤激光器输出功率的升高，光纤剥模器表面的激光能量密度很高，温度很高，产生大量的热，一旦达到熔点，容易将光纤剥模器本身烧坏。大量泄漏出的激光，在光纤激光器光路模块中扩散，很容易造成光学元器件被泄漏出的激光打坏。另外，由于光纤剥模器聚集了大量的能量，温度很高，如果不能较好处理掉，热量将会扩散到了光纤激光器的光路模块，造成光路模块的温度上升，影响光纤激光器系统的稳定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种光纤剥模器的制作方法及其封装结构，改进了传统光纤剥模器的制作方法，形成了一种新型结构的光纤剥模器，并对光纤剥模器进行了封装，大大提高了光纤剥模器的稳定性和工作效率，进而维护了整个光纤激光器系统的稳定。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种光纤剥模器的制作方法，使用激光器在剥除了外包层的双包层无源光纤的内包层表面进行刻蚀，在双包层无源光纤的内包层上形成至少一排沿轴向间隔排布的多个孔槽，多个孔槽的刻蚀密度自中间向两端逐渐减小，多个孔槽的刻蚀深度自中间向两端逐渐变浅。

进一步的，将双包层无源光纤剥除外包层后固定在操作台上，采用二氧化碳激光器输出的脉冲激光，在双包层无源光纤的内包层表面的正面进行双排刻蚀，然后，将双包层无源光纤旋转180度，在双包层无源光纤的内包层的背面同样进行双排刻蚀。

一种光纤剥模器，包括双包层无源光纤，所述双包层无源光纤具有剥除外包层并裸露出内包层的裸纤段，所述裸纤段的内包层上形成有至少一排沿轴向间隔排布的多个孔槽，多个孔槽的刻蚀密度自中间向两端逐渐减小，多个孔槽的刻蚀深度自中间向两端逐渐变浅。

进一步的，多个孔槽以中间位置为对称轴进行对称排布。

进一步的，所述裸纤段的内包层上形成有四排刻蚀，四排刻蚀在内包层周向均匀排布。

一种光纤剥模器的封装结构，包括导热底板、导热盖板、玻璃管和中部带有光纤剥模器的传输光纤，所述导热底板顶面上形成有沿轴向设置的下半槽，所述导热盖板底面上形成有沿轴向设置的上半槽，所述导热盖板与所述导热底板通过紧固件固定在一起，使所述上半槽与所述下半槽围成一收纳腔，所述玻璃管恰可容置定位于所述收纳腔内，所述光纤剥模器穿设于所述玻璃管内，连接于所述光纤剥模器一端的传输光纤从所述玻璃管的一端穿出，连接于所述光纤剥模器另一端的传输光纤从所述玻璃管的另一端穿出，所述玻璃管的两端处通过点胶固化形成有将所述光纤剥模器固定在玻璃管的中心位置的塞头，所述导热盖板和所述导热底板的两端对接处形成有避让所述传输光纤的穿孔。

进一步的，所述导热盖板和所述导热底板的材质均为紫铜，所述导热盖板和所述导热底板表面做喷砂处理，并镀设有镍层。

进一步的，所述导热盖板和所述导热底板安装于水冷装置的水冷板上。

进一步的，还包括感光PD，所述导热顶板上形成有暴露所述玻璃管的通光孔，所述感光PD安装于所述导热顶板上并封堵于所述通光孔处，使所述感光PD的感光区正对所述通光孔。

本发明的有益效果是：本发明改进了传统的光纤剥模器的制作方法，得到了一种新型结构的光纤剥模器，该光纤剥模器具有剥光效率高，承受功率高，温度分布均匀，使用寿命长，稳定性高等优点。本发明还对光纤剥模器进行了封装，改进了光纤剥模器的封装结构，首先，将光纤剥模器设置于玻璃管中，对光纤剥模器进行初步封装保护，然后将玻璃管设置于由导热盖板和导热底板围成的收纳腔内，对光纤剥模器进行导热封装，这样，一方面便于封装结构安装于外部水冷装置的水冷板上，将剥模器散发的热量均匀传导至水冷板上，再通过水冷装置带走热量；另一方面剥模器的导热封装能够防止剥除的光泄漏到光路模块中，避免了剥除的光对光路的损害，从而大大提高光纤剥模器的稳定性和工作效率，进而维护了整个光纤激光器系统的稳定。优选的，导热盖板和导热底板均紫铜，并进行喷砂和镀镍处理，使盖板和底板粗糙，并在导热盖板和导热底板上形成镍层，紫铜和镍具有良好的导热性，可使光纤剥模器散发的热量分布更加均匀。且镍层是黑色的，有利于光吸收，喷砂使得表面粗糙，这样，泄漏的激光在封装结构内发生漫反射，大大增加了吸收面积和吸收效率。更优的，在封装结构上设置了感光PD，避免了光路中其他器件漏光的干扰，能够不受干扰的、准确监测光纤剥模器是否有光通过，一旦检测不到光，立刻断电报警，能够有效地保护光纤激光器系统，极大地增加了安全性。

附图说明

图1为由本发明光纤剥模器的制作方法制作的光纤剥模器的结构示意图；

图2为本发明光纤剥模器径向截面图；

图3为本发明光纤剥模器的封装结构的装配图；

图4为本发明光纤剥模器的封装结构的分解图；

图5为本发明光纤剥模器的封装结构的正视图；

图6为图5中A-A向的剖面图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

本发明光纤剥模器的制作方法是使用激光器在剥除了外包层110的双包层无源光纤100的内包层120表面进行刻蚀，在双包层无源光纤的内包层上形成至少一排沿轴向间隔排布的多个孔槽130，多个孔槽的刻蚀密度自中间向两端逐渐减小，多个孔槽的刻蚀深度自中间向两端逐渐变浅。这样，通过改进传统的光纤剥模器的制作方法，得到了一种新型结构的光纤剥模器，该光纤剥模器具有剥光效率高，承受功率高，温度分布均匀，使用寿命长，稳定性高等优点。

优选的，将双包层无源光纤剥除外包层后固定在操作台上，采用二氧化碳激光器输出的脉冲激光，在双包层无源光纤的内包层表面的正面进行双排刻蚀，然后，将双包层无源光纤旋转180度，在双包层无源光纤的内包层的背面同样进行双排刻蚀。这样，形成了一种四排刻蚀的光纤剥模器，但不限于此，通过调整二氧化碳光纤激光器的参数，可得到各种规格符合要求的光纤剥模器。比如，通过调整二氧化碳激光器的输出功率、脉冲宽度和脉冲间隔等参数，以及操作方法，能够改变刻蚀深度和刻蚀密度，从而可以根据不同的需要，采用不同型号的光纤进行刻蚀，而且可以根据剥除包层光的功率和NA值，选用不同的刻蚀方案，比如更改密集度、深度以及刻蚀的排列数等。

如图1和图2，采用本发明光纤剥模器的制作方法制作形成了一种光纤剥模器，包括双包层无源光纤100，所述双包层无源光纤具有剥除外包层110并裸露出内包层120的裸纤段，所述裸纤段的内包层上形成有至少一排沿轴向间隔排布的多个孔槽130，多个孔槽的刻蚀密度自中间向两端逐渐减小，多个孔槽的刻蚀深度自中间向两端逐渐变浅。双包层无源光纤100包括用于传送信号光的纤芯140。

上述结构的光纤剥模器中，在光纤剥模器的中间位置，孔槽的刻蚀密度最大，刻蚀深度最深；随着从光纤剥模器的中间位置向两端，刻蚀密度逐渐减小，刻蚀深度也逐渐变浅。这是因为，当激光从谐振腔中输出，将进入光纤剥模器时，在刚进入光纤剥模器的位置，包层光是最强的，由于包层光在内包层中发生全反射传输，且激光具有不同的NA值，开始的刻蚀区既稀疏又浅，可以将一部分NA值较大的包层光剥除，避免在光纤剥模器的开始位置剥除的包层光太多，导致热量在光纤剥模器的始端剧增，温度上升，将光纤剥模器烧坏。随着包层光继续在光纤剥模器中传输，刻蚀深度和刻蚀密度逐渐增加，包层光从刻蚀区泄漏出去，且刻蚀深度越大，越能剥除NA值较小的包层光，通过调整刻蚀密度和刻蚀深度，可使包层光在整个刻蚀区泄漏到外部空间中。这样一来，剥模器的温度分布较均匀，能够承受的功率也更高，剥除包层光的效率也很高。

优选的，多个孔槽以中间位置为对称轴进行对称排布。这样，光纤剥模器的末端刻蚀区与始端刻蚀区对称，能够有效剥除在光纤激光器的工业加工过程中反射回来的包层光。光纤激光器在进行切割、焊接、打标等应用时，高反材料会将输出的激光反射回光纤激光器的光路中，其中反射回来的包层光，在经过光纤剥模器时，将会重复上述剥除过程，均匀地将包层光剥除，避免反射回来的激光对光路造成损伤。

优选的，所述裸纤段的内包层上形成有四排刻蚀，四排刻蚀在内包层周向均匀排布。但不限于此，可以根据不同的需要，改变刻蚀的排列数，得到规格符合要求的光纤剥模器。

如图3、图4、图5和图6所示，一种光纤剥模器的封装结构，包括导热底板1、导热盖板2、玻璃管3和中部带有光纤剥模器4的传输光纤5，所述导热底板顶面上形成有沿轴向设置的下半槽101，所述导热盖板底面上形成有沿轴向设置的上半槽201，所述导热盖板与所述导热底板通过紧固件固定在一起，使所述上半槽与所述下半槽围成一收纳腔，所述玻璃管恰可容置定位于所述收纳腔内，所述光纤剥模器穿设于所述玻璃管内，连接于所述光纤剥模器一端的传输光纤从所述玻璃管的一端穿出，连接于所述光纤剥模器另一端的传输光纤从所述玻璃管的另一端穿出，所述玻璃管的两端处通过点胶固化形成有将所述光纤剥模器固定在玻璃管的中心位置的塞头，所述导热盖板和所述导热底板的两端对接处形成有避让所述传输光纤的穿孔6，所述导热盖板和所述导热底板安装于水冷装置的水冷板上。

上述光纤剥模器的封装结构中，先将光纤剥模器设置于玻璃管中，实现了对光纤剥模器进行初步封装保护，然后将玻璃管设置于由导热盖板和导热底板围成的收纳腔内，实现了对光纤剥模器的导热封装，这样，一方面便于封装结构安装于外部水冷装置的水冷板上，将剥模器散发的热量均匀传导至水冷板上，再通过水冷装置带走热量；另一方面剥模器的导热封装能够防止剥除的光泄漏到光路模块中，避免了剥除的光对光路的损害，从而大大提高光纤剥模器的稳定性和工作效率，进而维护了整个光纤激光器系统的稳定。

优选的，所述光纤剥模器为采用本发明光纤剥模器的制作方法形成的光纤剥模器。但不限于此，光纤剥模器也可以是传统结构。比如是将双包层无源光纤的外包层剥除后，在内包层表面沿着光纤轴向单段或者分段涂覆一层单一或不同高折射率的有机胶水形成的传统结构的光纤剥模器。

优选的，所述导热盖板和所述导热底板的材质均为紫铜，所述导热盖板和所述导热底板表面喷设有砂层并镀设有镍层。这样，导热盖板和导热底板均紫铜，并进行喷砂和镀镍处理，使盖板和底板粗糙，并在导热盖板和导热底板上形成镍层并进行喷砂和镀镍处理，在导热盖板和导热底板上形成砂层和镍层，紫铜和镍具有良好的导热性，可使光纤剥模器散发的热量分布更加均匀。且镍层是黑色的，有利于光吸收，喷砂使得表面粗糙，这样，泄漏的激光在封装结构内发生漫反射，大大增加了吸收面积和吸收效率。导热盖板和所述导热底板的材质也可以为其他导热金属材质。导热盖板和导热底板的表面还可以镀其他导热性好的材料。

优选的，还包括感光PD7，所述导热顶板上形成有暴露所述玻璃管的通光孔202，所述感光PD安装于所述导热顶板上并封堵于所述通光孔处，使所述感光PD的感光区正对所述通光孔。这样，在封装结构上设置了感光PD，避免了光路中其他器件漏光的干扰，能够不受干扰的、准确监测光纤剥模器是否有光通过，一旦检测不到光，立刻断电报警，能够有效地保护光纤激光器系统，极大地增加了安全性。

本发明光纤剥模器及封装结构可以较好应用于光纤激光器中，剥除光纤包层中的激光，以1000W单模连续光纤激光器为例，1000W单模连续光纤激光器是由振荡级直接输出的结构，由泵浦源LD，掺镱光纤，高、低反光栅组成的谐振腔等结构组成，输出1080nm波长的激光。从低反光栅输出的1080nm的激光经过封装的光纤剥模器CPS，剥除包层中的光，最后经过输出器件输出。

泵浦源LD采用915nm波长的光，耦合进掺镱光纤的内包层，在掺镱光纤的纤芯中产生1080nm波长的激光。因此，光纤剥模器剥除的包层中的光，既有包层中传输的泵浦光，也有从纤芯中泄漏到包层中的信号光。

1000W单模连续光纤激光器采用14/250的双包层无源光纤制成的光纤剥模器，刻蚀区长度为8cm。经测试，在输入包层光为250W时，剥光效率为高达20dB以上，经热像仪检测，温度分布均匀，在环境温度为25℃时，光纤剥模器的温度低于45℃。将光纤剥模器采用上述方法封装，测试整个光纤激光器系统，经测试，输出的激光光束质量好，功率稳定，并且剥模器的散热效果好，不会产生漏光现象。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤剥模器的制作方法，其特征在于：使用激光器在剥除了外包层(110)的双包层无源光纤(100)的内包层(120)表面进行刻蚀，在双包层无源光纤的内包层上形成至少一排沿轴向间隔排布的多个孔槽(130)，多个孔槽的刻蚀密度自中间向两端逐渐减小，多个孔槽的刻蚀深度自中间向两端逐渐变浅。

2.根据权利要求1所述的光纤剥模器的制作方法，其特征在于：将双包层无源光纤剥除外包层后固定在操作台上，采用二氧化碳激光器输出的脉冲激光，在双包层无源光纤的内包层表面的正面进行双排刻蚀，然后，将双包层无源光纤旋转180度，在双包层无源光纤的内包层的背面同样进行双排刻蚀。

3.一种光纤剥模器，其特征在于：包括双包层无源光纤(100)，所述双包层无源光纤具有剥除外包层(110)并裸露出内包层(120)的裸纤段，所述裸纤段的内包层上形成有至少一排沿轴向间隔排布的多个孔槽(130)，多个孔槽的刻蚀密度自中间向两端逐渐减小，多个孔槽的刻蚀深度自中间向两端逐渐变浅。

4.根据权利要求3所述的光纤剥模器，其特征在于：多个孔槽以中间位置为对称轴进行对称排布。

5.根据权利要求3所述的光纤剥模器，其特征在于：所述裸纤段的内包层上形成有四排刻蚀，四排刻蚀在内包层周向均匀排布。

6.一种光纤剥模器的封装结构，其特征在于：包括导热底板(1)、导热盖板(2)、玻璃管(3)和中部带有光纤剥模器(4)的传输光纤(5)，所述导热底板顶面上形成有沿轴向设置的下半槽(101)，所述导热盖板底面上形成有沿轴向设置的上半槽(201)，所述导热盖板与所述导热底板通过紧固件固定在一起，使所述上半槽与所述下半槽围成一收纳腔，所述玻璃管恰可容置定位于所述收纳腔内，所述光纤剥模器穿设于所述玻璃管内，连接于所述光纤剥模器一端的传输光纤从所述玻璃管的一端穿出，连接于所述光纤剥模器另一端的传输光纤从所述玻璃管的另一端穿出，所述玻璃管的两端处通过点胶固化形成有将所述光纤剥模器固定在玻璃管的中心位置的塞头，所述导热盖板和所述导热底板的两端对接处形成有避让所述传输光纤的穿孔(6)。

7.根据权利要求6所述的光纤剥模器的封装结构，其特征在于：所述光纤剥模器为权利要求3-5任一项所述的光纤剥模器。

8.根据权利要求6所述的光纤剥模器的封装结构，其特征在于：所述导热盖板和所述导热底板的材质均为紫铜，所述导热盖板和所述导热底板表面做喷砂处理，并镀设有镍层。

9.根据权利要求6所述的光纤剥模器的封装结构，其特征在于：所述导热盖板和所述导热底板安装于水冷装置的水冷板上。

10.根据权利要求6所述的光纤剥模器的封装结构，其特征在于：还包括感光PD(7)，所述导热顶板上形成有暴露所述玻璃管的通光孔(202)，所述感光PD安装于所述导热顶板上并封堵于所述通光孔处，使所述感光PD的感光区正对所述通光孔。