CN109768459A - 一种激光刻蚀的泵浦光剥除器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光刻蚀的泵浦光剥除器及其制作方法，剥除器包括纤芯和光纤包层，光纤包层包裹纤芯，光纤包层外表面设置有多个凹槽。制作方法包括：设置凸透镜处于激光器的聚焦位置；激光光束透过凸透镜聚焦在光纤包层上，在光纤包层刻蚀凹槽；将凸透镜移离聚焦位置，移动光纤包层到下一个凹槽刻蚀位置；重复上述两个步骤，以在光纤包层刻蚀多个凹槽。本发明通过在光纤包层外表面设置多个凹槽，形成衰减区域，从而将光纤包层内的泵浦光及一些高阶模式杂散光剥除掉，提高激光光束质量。而且还能将剥离的光能量转换成热能带走，有效地解决剥除器温度过高的问题，从而提供了一种包层光过滤效果好、不易被烧坏的泵浦光剥除器。

Description

一种激光刻蚀的泵浦光剥除器及其制作方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，尤其是涉及一种激光刻蚀的泵浦光剥除器及其制作方法。

背景技术

光剥除器：一种能促使包层模转换成辐射模，通常用折射率等于或大于光纤包层折射率的材料构成的器件。

目前大功率激光器主要应用于工业材料切割，其工作原理是在泵浦光的作用下，增益光纤内部工作物质的激光能级出现“粒子数反转”，并通过正反馈回路(构成谐振腔)形成激光输出。对于高功率输出光纤激光器，通常采用纤芯较粗的多模双包层光纤。由于光纤不是单模的，因此在纤芯中参与激光震荡模式很多，导致光纤激光不是单模激光，而是多模输出，光束质量较差，最终影响金属切割效果。因此在激光器生产制作中，需要在光路末端连接光纤包层光剥除器，用于剥除光纤内部剩余的少部分泵浦光以及高阶模激光，从而优化光束质量。

现有技术中，通常有两种制作光剥除器的方法。方法一：在光纤上涂上一些不同折射率的胶水，而且这些胶水的折射率会高于光纤包层的折射率，这样光在胶水与包层的交界面处不会发生全反射，可以让尽可能多的光通过折射导到光剥除器的胶水里面，胶水里面的光再导到外边的空气中，从而达到把包层的光过滤掉的目的。但光纤包层的光进到光剥除器的胶水后，由于胶水的折射率大于空气的折射率，当光从胶水导到空气时，会有部分光由于全反射效应反射回胶水，甚至光纤包层里面，当胶水里面囤积过多的光散不出去时，会产生热效应而将光剥除器烧掉，较难应用于高功率激光器。方法二：使用化学药剂对光纤包层进行腐蚀，让包层形成磨砂粗糙状态，泵浦光在此段包层传输时发生反射导入空气中，从而达到剥除包层光的目的。但使用化学药剂毒性较大，且腐蚀光纤时控制精度较差，较难将包层光剥除干净。

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，本发明的一个目的是提供一种泵浦光过滤效果好，且过滤程度可控的一种激光刻蚀的泵浦光剥除器及其制作方法。

本发明所采用的技术方案是：一种激光刻蚀的泵浦光剥除器，包括纤芯和光纤包层，所述光纤包层包裹所述纤芯，所述光纤包层外表面设置有多个凹槽。

优选地，所述凹槽不规则地分布在所述光纤包层外表面。

优选地，所述剥除器还包括石英玻璃管，所述光纤包层封装在所述石英玻璃管内。

优选地，所述剥除器还包括光纤涂覆层，所述光纤涂覆层包裹所述光纤包层。。

优选地，所述石英玻璃管与所述光纤涂覆层之间涂有胶水，用于封装。

一种激光刻蚀的泵浦光剥除器的制作方法，所述剥除器包括纤芯和光纤包层，所述制作方法包括以下步骤：

设置凸透镜处于激光器的聚焦位置，所述凸透镜的中心位置与激光光束位置处于同一水平线；

激光光束透过凸透镜聚焦在所述光纤包层上，在所述光纤包层刻蚀凹槽；

将所述凸透镜移离所述聚焦位置，移动所述光纤包层到下一个凹槽刻蚀位置；

重复上述两个步骤，以在所述光纤包层刻蚀多个凹槽。

优选地，所述激光器为CO2激光器。

本发明的有益效果是：

本发明通过在光纤包层外表面设置多个凹槽，形成衰减区域，从而将光纤包层内的泵浦光及一些高阶模式杂散光剥除掉，提高激光光束质量。而且还能将剥离的光能量转换成热能带走，有效地解决剥除器温度过高的问题，从而提供了一种包层光过滤效果好、不易被烧坏的泵浦光剥除器。

本发明的另一有益效果是：

本发明利用凸透镜将激光聚焦在光纤包层刻蚀凹槽，将凸透镜移离聚焦位置，移动光纤包层到下一个凹槽刻蚀位置，重复移动和刻蚀，从而在光纤包层刻蚀多个凹槽。通过调节激光器的功率大小以及刻蚀的长度和密度，可以精准的达到想要的剥除效果，从而提供了一种泵浦光过滤程度可控的激光刻蚀的泵浦光剥除器的制作方法。

附图说明

图1是本发明中一种激光刻蚀的泵浦光剥除器的一实施例的结构示意图；

图2是本发明中制作上述泵浦光剥除器的工艺设备的正视示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供了一种激光刻蚀的泵浦光剥除器，包括纤芯和光纤包层，光纤包层包裹着纤芯，光纤包层外表面设置有多个凹槽。凹槽可以使光纤包层内的泵浦光及杂散光在此处导入空气中，提高光束质量。

本实施例中，凹槽不规则地分布在光纤包层的外表面。凹槽越不规则，即光纤包层外表面越粗糙，光纤包层内的泵浦光的衰减系数越高。若散射系数为Rd，理想反射系数为R0，实际反射系数为Rs，σ为表面粗糙系数，内包层折射率为n，包层光的波长为λ，则散射系数Rd与反射系数之间的关系为：

Rd＝R0-Rs

实际反射系数Rs与表面粗糙系数σ的关系为：

从上面两个公式可以得出，包层表面的实际反射系数Rs与表面粗糙系数σ呈反比，散射系数Rd与表面粗糙系数σ呈正比，即光纤表面越粗糙，包层光的衰减系数越高。

如图1所示，是本发明中一种激光刻蚀的泵浦光剥除器的一实施例的结构示意图。图中，

1为光纤涂覆层，包裹光纤包层，起到保护光纤的作用；

2为纤芯，激光器产生的激光在纤芯内传输；

3为光纤包层，泵浦光及一些杂散光在包层内传输；

4为刻蚀在光纤包层外表面的凹槽，用于过滤光纤包层内的泵浦光及杂散光；

5为高纯度石英玻璃管，将光纤包层封装在石英玻璃管内，一方面可以保护光纤，避免光纤受其他介质污染出现发热点，另一方面避免光纤包层过细受外力冲撞发生折断，包层光也能够较好的从玻璃管透射出去，避免能量堆积造成温度过高；

6为低折射率封装胶水，将光纤包层与玻璃管进行固定，起到密封作用。一般的，封装胶水的折射率设置在1.35以下。

本发明还提供了上述的一种激光刻蚀的泵浦光剥除器的制作方法。该制作方法包括以下步骤：

设置凸透镜处于激光器的聚焦位置，凸透镜的中心位置与激光光束位置处于同一水平线；

激光光束透过凸透镜聚焦在光纤包层上，在光纤包层刻蚀凹槽；

将凸透镜移离聚焦位置，移动光纤包层到下一个凹槽刻蚀位置；

重复上述两个步骤，以在光纤包层刻蚀多个凹槽。

如图2所示，是制作上述泵浦光剥除器的工艺设备的正视示意图。

图中，7为CO2激光器，8为凸透镜，9为装载凸透镜8的水平移动平台，10为需要刻蚀的光纤，11和12为光纤夹持工装，13为垂直移动平台，14为控制水平移动平台9和垂直移动平台13的移动控制系统。

本实施例中，CO2激光器7的功率设置在1.35W～1.40W之间。也可以根据实际需要刻蚀的凹槽的深度、长度以及密度，调整CO2激光器7的功率。

开始时，将需要刻蚀的光纤区域剥除光纤涂覆层，剥除长度需比刻蚀长度长，避免激光光束靠近光纤涂覆层。将凸透镜8的中心位置调整至与激光器7发出的激光光束位置处于同一水平线，且凸透镜8处于激光器7的聚焦位置。凸透镜8装载在水平移动平台9上，通过移动控制系统14可以控制水平移动平台9，使得激光器7发出的激光光束透过凸透镜8聚焦在光纤10上，刻蚀凹槽。

移动水平移动平台9，使得凸透镜8移离聚焦位置，然后通过移动垂直移动平台13，将光纤10移动到下一个凹槽刻蚀位置，再将凸透镜8移回至聚焦位置，刻蚀下一个凹槽。

重复上述步骤，水平移动平台9以2mm/s的速度进行来回移动，垂直移动平台13以0.22mm/s的速度进行上下移动，移动距离为刻蚀凹槽的长度。刻蚀完一段光纤区后，反方向移动光纤10再刻蚀一遍，以此来回在光纤包层上进行刻蚀，从而刻蚀出不同深浅的凹槽，使光纤包层的外表面形成坑槽状，达到光纤包层内的泵浦光及杂散光在坑槽处过滤掉(导入空气中)的目的。其中，水平移动平台9也可以向其他方向移动，只需移离聚焦位置即可。

本实施例中，光纤夹持工装11和光纤夹持工装12用于将光纤10固定在垂直移动平台13上，需要刻蚀的区域夹持在光纤夹持工装11和光纤夹持工装12之间。夹持工装需要使光纤10较好的垂直于水平面，防止光纤10在上下移动的过程中偏离刻蚀位置。

本发明通过使用CO2激光器对光纤进行物理刻蚀的方法，利用凸透镜聚焦的方法来刻蚀出不同深浅、不同宽度的凹槽。一方面，相比于现有技术在光纤上涂高折射率胶水，热量容易堆积在点胶处从而烧断光纤，本发明的剥除器直接在光纤上刻蚀凹槽，能量以光的形式散射，有很好的散热效果；另一方面，相比于现有技术使用化学药剂对光纤包层进行腐蚀，腐蚀光纤毒性较大，且腐蚀光纤控制精度较差，较难将包层光剥除干净，本发明的剥除器使用的激光刻蚀方式更安全，而且可以通过调节激光器功率的大小来调整刻蚀的深度、长度和密度，能够精准的达到剥除的效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种激光刻蚀的泵浦光剥除器，其特征在于，包括纤芯和光纤包层，所述光纤包层包裹所述纤芯，所述光纤包层外表面设置有多个凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀的泵浦光剥除器，其特征在于，所述凹槽不规则地分布在所述光纤包层外表面。

3.根据权利要求1所述的一种激光刻蚀的泵浦光剥除器，其特征在于，还包括石英玻璃管，所述光纤包层封装在所述石英玻璃管内。

4.根据权利要求3所述的一种激光刻蚀的泵浦光剥除器，其特征在于，还包括光纤涂覆层，所述光纤涂覆层包裹所述光纤包层。

5.根据权利要求4所述的一种激光刻蚀的泵浦光剥除器，其特征在于，所述石英玻璃管与所述光纤涂覆层之间涂有胶水，用于封装。

6.一种激光刻蚀的泵浦光剥除器的制作方法，所述剥除器包括纤芯和光纤包层，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

设置凸透镜处于激光器的聚焦位置，所述凸透镜的中心位置与激光光束位置处于同一水平线；

所述激光光束透过所述凸透镜聚焦在所述光纤包层上，在所述光纤包层刻蚀凹槽；

将所述凸透镜移离所述聚焦位置，移动所述光纤包层到下一个凹槽刻蚀位置；

重复上述两个步骤，以在所述光纤包层刻蚀多个凹槽。

7.根据权利要求6所述的一种激光刻蚀的泵浦光剥除器的制作方法，其特征在于，所述激光器为CO2激光器。