CN112394445A - 光纤包层光滤除器及激光器 - Google Patents

光纤包层光滤除器及激光器 Download PDF

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张昆
张利明
李尧
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Abstract

本发明公开了一种光纤包层光滤除器及激光器。光纤包层光滤除器，包括：引导光纤；第一包层，包覆所述引导光纤的外周壁，从所述引导光纤的轴向一端至另一端的方向上，所述第一包层的外周壁逐渐朝向所述引导光纤倾斜。采用本发明，通过设置第一包层的外周壁逐渐向引导光纤倾斜，可以使得包层光在第一包层传输的过程中逐渐折射到周围空气或其他介质中去，实现包层光的滤除，而且还可以避免剥除能量不均匀导致的局部热效应。而且，只要第一包层直径足够小，就能够剥除包层中贴近纤芯的螺旋光，从而提高光束质量。

Description

光纤包层光滤除器及激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光纤包层光滤除器及激光器。
背景技术
光纤中的传导模式一般在光纤纤芯中传输，但是有时由于泵浦光残留或者高阶模式的存在，有一部分能量会在光纤包层中存在。包层光若在传输过程中被涂覆层吸收，会转换成热量，从而损伤光纤；若在包层中稳定传输，也会影响输出光的光束质量。当进行包层光剥除时，如果在初始阶段剥除的光能量过多，很容易引起滤除器局部温度过高，限制其剥除能力上限。并且，有一部分包层光，会以螺旋光的形式绕纤芯附近传输，由于贴近纤芯，采用一般的方法很难剥除。
发明内容
本发明实施例提供一种光纤包层光滤除器及激光器，用以解决现有技术中包层光滤除困难的问题。
根据本发明实施例的光纤包层光滤除器，包括：
引导光纤；
第一包层，包覆所述引导光纤的外周壁，从所述引导光纤的轴向一端至另一端的方向上，所述第一包层的外周壁逐渐朝向所述引导光纤倾斜。
根据本发明的一些实施例，所述第一包层呈圆锥台。
根据本发明的一些实施例，所述圆锥台的锥角大于0°且小于等于120°。
根据本发明的一些实施例，所述第一包层的折射率小于所述引导光纤的折射率。
根据本发明的一些实施例，所述第一包层的外周壁为光滑面或者毛化面。
根据本发明的一些实施例，所述光纤包层光滤除器还包括：
第二包层，包覆所述第一包层的外周壁，所述第二包层的折射率大于所述第一包层的折射率。
根据本发明的一些实施例，所述第二包层为玻璃件或者胶质件。
根据本发明实施例的激光器，包括：
光纤包层光滤除器，为根据如上所述的光纤包层光滤除器；
传输光纤，所述传输光纤的一端与所述引导光纤的另一端连接，所述传输光纤与所述引导光纤共轴设置；
第三包层，包裹所述传输光纤的外周壁，所述第三包层的折射率小于所述传输光纤的折射率。
根据本发明的一些实施例，所述引导光纤的直径大于等于所述引导光纤的直径。
根据本发明的一些实施例，所述传输光纤的一端与所述引导光纤的另一端通过电极放电工艺、激光加热工艺、胶黏剂粘接工艺或空间耦合工艺连接。
采用本发明实施例，通过设置第一包层的外周壁逐渐向引导光纤倾斜，可以使得包层光在第一包层传输的过程中逐渐折射到周围空气或其他介质中去，实现包层光的滤除，而且还可以避免剥除能量不均匀导致的局部热效应。而且，只要第一包层直径足够小，就能够剥除包层中贴近纤芯的螺旋光，从而提高光束质量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例中滤除器结构示意图；
图2是本发明实施例中滤除器结构示意图；
图3是本发明实施例中滤除器结构示意图；
图4是本发明实施例中滤除器结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1-图3所示，根据本发明实施例的光纤包层光滤除器，包括：
引导光纤1；
第一包层2，包覆引导光纤1的外周壁，从引导光纤1的轴向一端至另一端的方向上，第一包层2的外周壁逐渐朝向引导光纤1倾斜。例如，从引导光纤1的轴向一端至另一端的方向上，第一包层2横截面的外周长逐渐减小。
由此，进入第一包层2的包层光(包括未被完全吸收的泵浦光、放大的自发辐射光以及进入包层的激光)可以从第一包层2的外周壁折射至第一包层2的外部(如空气或是其他介质层)。
采用本发明实施例，通过设置第一包层2的外周壁逐渐向引导光纤1倾斜，可以使得包层光在第一包层2传输的过程中逐渐折射到周围空气或其他介质中去，实现包层光的滤除，而且还可以避免剥除能量不均匀导致的局部热效应。而且，只要第一包层2直径足够小，就能够剥除包层中贴近纤芯的螺旋光，从而提高光束质量。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
如图1-图3所示，根据本发明的一些实施例，第一包层2呈圆锥台。可以理解的是，第一包层2的外周壁为锥面。
根据本发明的一些实施例，圆锥台的锥角大于0°且小于等于120°。这里所提到的“圆锥台的锥角”可以理解为圆锥台对应的圆锥体的顶角。“圆锥台的锥角”为第一包层2外周壁倾斜角的2倍，第一包层2外周壁倾斜角大于0°且小于等于60°。例如，如图2所示，第一包层2的外周壁倾斜角为5°。又如，如图3所示，第一包层2的外周壁倾斜角为14°。
根据本发明的一些实施例，第一包层2的折射率小于引导光纤1的折射率。
根据本发明的一些实施例，第一包层2的外周壁可以为光滑面或者毛化面。
根据本发明的一些实施例，引导光纤1表面可为光滑表面或毛化表面。
如图4所示，根据本发明的一些实施例，光纤包层光滤除器还包括：
第二包层3，包覆第一包层2的外周壁，第二包层3的折射率大于第一包层2的折射率。
如图4所示，根据本发明的一些实施例，第二包层3的外周壁呈圆柱形。
根据本发明的一些实施例，第二包层3为玻璃件或者胶质件，例如胶水。
如图1-图3所示，根据本发明实施例的激光器，包括：
光纤包层光滤除器，为如上所述的光纤包层光滤除器；
传输光纤4，传输光纤4的一端与引导光纤1的另一端连接，传输光纤4与引导光纤1共轴设置；
第三包层5，包裹传输光纤4的外周壁，第三包层5的折射率小于传输光纤4的折射率。
采用本发明实施例，通过设置第一包层2的外周壁逐渐向引导光纤1倾斜，可以使得包层光在第一包层2传输的过程中逐渐折射到周围空气或其他介质中去，实现包层光的滤除，而且还可以避免剥除能量不均匀导致的局部热效应。而且，只要第一包层2直径足够小，就能够剥除包层中贴近纤芯的螺旋光，从而提高光束质量。
在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
如图4所示，根据本发明的一些实施例，引导光纤1的直径大于等于引导光纤1的直径。
根据本发明的一些实施例，传输光纤4的一端与引导光纤1的另一端通过电极放电工艺、激光加热工艺、胶黏剂粘接工艺或空间耦合工艺连接。
下面参照图1-图3以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的光纤包层光滤除器及其应用的激光器。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例的光纤包层光滤除器，包括：引导光纤1和第一包层2。
引导光纤1的直径为Φ1，引导光纤1的折射率为n1。
第一包层2包覆引导光纤1的外周壁。第一包层2呈圆锥台。从引导光纤1的轴向一端至另一端的方向上，第一包层2的直径从Φ2减小Φ2’。第一包层2外周壁的倾斜角为θ(0°<θ≤60°)。第一包层2折射率为n2，且n2<n1。第一包层2可以用锥形包层结构的光纤预制棒直接拉制成形，也可通过机械加工或化学腐蚀的方法获得。
在应用光纤包层光滤除器时，将光纤包层光滤除器的引导光纤1的另一端通过电极放电熔接、激光加热熔接、胶黏剂粘接或空间耦合的方式接合至传输光纤4的一端。引导光纤1与传输光纤4共轴。引导光纤1的直径为Φ4。引导光纤1的直径等于或略小于引导光纤1的直径，即Φ4≤Φ1。由此，可以保证引导光纤1与传输光纤4的耦合效率，提高光束质量。引导光纤1的外周壁包覆有第三包层5，第三包层5的直径为Φ5。引导光纤1的折射率为n4，第三包层5的折射率为n5，n4>n5。引导光纤1可以为单模光纤或多模光纤。进入第一包层2的光线在传输过程中逐渐折射到周围空气中。
如图2所示，设置光纤包层光滤除器的参数为：θ＝5°，Φ2＞Φ2’≥Φ1，引导光纤1的长度为L1。
如图3所示，设置光纤包层光滤除器的参数为：θ＝14°，Φ2＞Φ2’≥Φ1，引导光纤1的长度为L2，L2<L1。
对比图2-图3，达到同样性能，由于θ增大，引导光纤1的长度减小了。
由此可知，在Φ2、Φ2’确定的条件下，引导光纤1长度越长，第一包层2的倾斜角越小，单位面积剥除的包层光越少，滤除器的热量分布越均匀，温升压力也越小。
下面参照图4以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的光纤包层光滤除器及其应用的激光器。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图4所示，本发明实施例的光纤包层光滤除器，包括：引导光纤1、第一包层2和第三包层5。
引导光纤1的直径为Φ1，引导光纤1的折射率为n1。
第一包层2包覆引导光纤1的外周壁。第一包层2呈圆锥台。从引导光纤1的轴向一端至另一端的方向上，第一包层2的直径从Φ2减小Φ2’。第一包层2外周壁的倾斜角为θ(0°<θ≤60°)。第一包层2折射率为n2，且n2<n1。第一包层2可以用锥形包层结构的光纤预制棒直接拉制成形，也可通过机械加工或化学腐蚀的方法获得。
第二包层3的直径为Φ3。第二包层3的折射率为n3，n3>n2。第二包层3可以是玻璃材料制成，也可以是胶水或其他材料制成。
在应用光纤包层光滤除器时，将光纤包层光滤除器的引导光纤1的另一端通过电极放电熔接、激光加热熔接、胶黏剂粘接或空间耦合的方式接合至传输光纤4的一端。引导光纤1与传输光纤4共轴。引导光纤1的直径为Φ4。引导光纤1的直径等于或略小于引导光纤1的直径，即Φ4≤Φ1。由此，可以保证引导光纤1与传输光纤4的耦合效率，提高光束质量。引导光纤1的外周壁包覆有第三包层5，第三包层5的直径为Φ5。引导光纤1的折射率为n4，第三包层5的折射率为n5，n4>n5。引导光纤1可以为单模光纤或多模光纤。进入第一包层2的光线在传输过程中逐渐折射到周围空气中。
进入第一包层2中的光线在传输过程中逐渐在第一包层2和第二包层3的交界处折射到第二包层3中，并且在第二包层3与周围空气或其他介质的分界面处溢出，而不会进入后端的传输光纤4，减小热辐射光对光纤的损伤，提高激光器输出光束的质量。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，附图中箭头表示光线传输路径。

Claims (10)

1.一种光纤包层光滤除器，其特征在于，包括：
引导光纤；
第一包层，包覆所述引导光纤的外周壁，从所述引导光纤的轴向一端至另一端的方向上，所述第一包层的外周壁逐渐朝向所述引导光纤倾斜。
2.如权利要求1所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述第一包层呈圆锥台。
3.如权利要求2所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述圆锥台的锥角大于0°且小于等于120°。
4.如权利要求1所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述第一包层的折射率小于所述引导光纤的折射率。
5.如权利要求1所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述第一包层的外周壁为光滑面或者毛化面。
6.如权利要求1所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述光纤包层光滤除器还包括：
第二包层，包覆所述第一包层的外周壁，所述第二包层的折射率大于所述第一包层的折射率。
7.如权利要求6所述的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述第二包层为玻璃件或者胶质件。
8.一种激光器，其特征在于，包括：
光纤包层光滤除器，为根据权利要求1-7中任一项所述的光纤包层光滤除器；
传输光纤，所述传输光纤的一端与所述引导光纤的另一端连接，所述传输光纤与所述引导光纤共轴设置；
第三包层，包裹所述传输光纤的外周壁，所述第三包层的折射率小于所述传输光纤的折射率。
9.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述引导光纤的直径大于等于所述引导光纤的直径。
10.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述传输光纤的一端与所述引导光纤的另一端通过电极放电工艺、激光加热工艺、胶黏剂粘接工艺或空间耦合工艺连接。
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