CN114527534B - 光纤剥模器、光纤剥模器制备方法及激光设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光纤剥模器、光纤剥模器制备方法及激光设备，光纤剥模器包括光纤，光纤包括纤芯及包裹纤芯的包层；包层的表面包括沿光纤的延伸方向依次分布的波导破坏区域和透光区域，波导破坏区域设有沿光纤的延伸方向依次分布的多个凹槽，透光区域设有多个微纳颗粒，微纳颗粒的粒径小于或等于200nm。本申请提供的光纤剥模器能够先通过波导破坏区域的多个凹槽将光纤的包层内的包层光散射成散射光，同时，还能够通过透光区域的微纳颗粒去除包层中低NA的光，从而使光纤剥模器对包层光具有较高的剥模效率，实现在较短长度内具有较高的剥模效率和较低的发热量，同时具有较大的拉伸强度。
Description
技术领域
本申请涉及光纤技术领域，尤其涉及一种光纤剥模器、光纤剥模器制备方法及激光设备。
背景技术
随着工业领域对质量和效率的要求越来越高，激光相对于传统加工的优势越来越明显，其中以光纤激光设备为代表的高功率激光设备再近些年来发展的越来越快。随之光纤激光设备的功率提升，目前对高功率包层光剥模器的要求越来越高，其本身不仅要能承受较高的包层光功率，同时需要较高的剥模效率。
发明内容
本申请实施例提供一种光纤剥模器、光纤剥模器制备方法及激光设备，旨在解决现有的光纤剥模器的剥模效率较低的问题。
本申请实施例提供一种光纤剥模器，所述光纤剥模器包括光纤，所述光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层；所述包层的表面包括沿所述光纤的延伸方向依次分布的波导破坏区域和透光区域，所述波导破坏区域设有沿所述光纤的延伸方向依次分布的多个凹槽，所述透光区域设有多个微纳颗粒，所述微纳颗粒的粒径小于或等于200nm。
在一些实施例中，所述透光区域开设有多个凹孔，所述凹孔的底面凸设有多个所述微纳颗粒。
在一些实施例中，相邻两个所述凹孔的中心距小于或等于200μm。
在一些实施例中，所述透光区域设有沿所述光纤的周向依次间隔设置的多排所述凹孔，每排所述凹孔中的多个凹孔沿所述光纤的延伸方向依次分布。
在一些实施例中，所述透光区域在所述光纤延伸方向上的长度小于或等于10mm。
在一些实施例中，所述凹槽的延伸方向与所述光纤的延伸方向呈夹角。
在一些实施例中，所述凹槽自所述包层的表面凹陷的最大深度小于或等于120μm。
在一些实施例中，所述波导破坏区域在所述光纤延伸方向上的长度小于或等于50mm。
本申请实施例还提供一种激光设备，所述激光设备包括如上所述的光纤剥模器；所述光纤剥模器包括光纤，所述光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层；所述包层的表面包括沿所述光纤的延伸方向依次分布的波导破坏区域和透光区域，所述波导破坏区域设有沿所述光纤的延伸方向依次分布的多个凹槽，所述透光区域设有多个微纳颗粒，所述微纳颗粒的粒径小于或等于200nm。
本申请实施例还提供一种光纤剥模器制备方法，所述光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层；所述包层的表面包括沿所述光纤的延伸方向依次分布的波导破坏区域和透光区域；所述方法包括：
在所述包层的波导破坏区域加工形成多个凹槽，所述多个凹槽沿所述光纤的延伸方向依次分布；
在所述包层的透光区域加工形成多个微纳颗粒，所述微纳颗粒的粒径小于或等于200nm。
本申请实施例提供的光纤剥模器通过在光纤的包层的波导破坏区域开设多个沿光纤延伸方向依次分布的多个凹槽，以破坏包层表面的波导结构，同时，在包层的透光区域设置多个粒径小于或等于200nm的微纳颗粒，以使包层的透光区域具有较好的透光性，从而能够去除包层中低NA（纤芯数值孔径）的光。
由此，当包层内的包层光沿波导破坏区域和透光区域的分布方向传输时，能够先通过波导破坏区域的多个凹槽散射成散射光，同时，还能够通过透光区域的微纳颗粒去除包层中低NA（纤芯数值孔径）的光，从而使光纤剥模器对包层光具有较高的剥模效率，实现在较短长度内具有较高的剥模效率和较低的发热量，同时具有较大的拉伸强度。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本申请实施例提供的光纤剥模器的一个实施例的结构示意图；
图2为图1中凹孔的放大图；
图3为本申请实施例提供的光纤剥模器制备方法的一个实施例的流程图。
光纤剥模器100；光纤110；包层120；波导破坏区域121；凹槽122；透光区域123；微纳颗粒124；凹孔125。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本申请实施例提供一种光纤剥模器、光纤剥模器制备方法及激光设备。以下分别进行详细说明。
首先，本申请实施例提供一种光纤剥模器。
图1为本申请实施例提供的光纤剥模器的一个实施例的结构示意图。如图1所示，光纤剥模器100包括光纤110，该光纤110包括纤芯（图中未示出）及包裹纤芯的包层120，包层120的表面包括沿光纤110的延伸方向依次分布的波导破坏区域121和透光区域123。波导破坏区域121用于破坏包层120表面的波导结构，透光区域123用于增大包层120表面的透光性，使包层120内的光容易从透光区域123射出。
其中，在波导破坏区域121设有沿光纤110的延伸方向依次分布的多个凹槽122，以破坏包层120表面的波导结构，使得纤芯周围低阶模式的光转化为高阶模式的光。
如图1和图2所示，在透光区域123设有多个微纳颗粒124，该微纳颗粒124的粒径小于或等于200nm，以使包层120的透光区域123具有较好的透光性。
根据（瑞利）Rayleigh散射模型，当一束光照射到具有亚微米-纳米级结构的粗糙表面时，散射光的强度满足下列公式：
其中，I为入射光强；I0为散射光强；θ为入射光的角度；S为探测器与亚微米-纳米级结构表面的距离，探测器为光功率计或光电二极管；λ为光波长；n为亚微米-纳米级结构的折射率；d为亚微米-纳米级结构的粒径。
根据上述公式可知，包层120表面颗粒尺度的增大会加强散射强度，因此降低包层120表面散射效应的关键措施就是降低包层120表面颗粒的尺度，尽可能在包层120表面制备微纳米级的颗粒来实现粗糙度的提高，实现包层120表面的抗散射性能的增强，增大包层120表面的透光性。
本申请实施例通过在光纤110的包层120的波导破坏区域121开设多个沿光纤110延伸方向依次分布的多个凹槽122，以破坏包层120表面的波导结构，同时，在包层120的透光区域123设置多个粒径小于或等于200nm的微纳颗粒124，以使包层120的透光区域123具有较好的透光性，从而能够去除包层120中低NA（纤芯数值孔径）的光。
由此，当包层120内的包层光沿波导破坏区域121和透光区域123的分布方向传输时，能够先通过波导破坏区域121的多个凹槽122散射成散射光，同时，还能够通过透光区域123的微纳颗粒124去除包层120中低NA（纤芯数值孔径）的光，从而使光纤剥模器100对包层光具有较高的剥模效率，实现在较短长度内具有较高的剥模效率和较低的发热量，同时具有较大的拉伸强度。
在一些实施例中，相邻两个微纳颗粒124的中心距离小于或等于200nm。需要说明的是，相邻两个微纳颗粒124的中心距是指相邻两个微纳颗粒124的中心之间的距离，其也可以是相邻两个微纳颗粒124的最高点之间的距离。
本申请实施例通过使相邻两个微纳颗粒124的中心距离小于或等于200nm，能够进一步提高包层120的透光区域123的透光性，从而进一步提高去除包层120中低NA光的效果。
具体地，微纳颗粒124自凹孔125的底面凸出成柱状结构。微纳颗粒124在凸出方向上的高度小于或等于200nm，其高度具体可以为180nm、170nm、150nm等等。微纳颗粒124的直径小于或等于200nm，其直径具体可以为180nm、170nm、150nm等等。相邻两个微纳颗粒124的中心距离具体可以为180nm、170nm、150nm等等。
在一些实施例中，透光区域123开设有多个凹孔125，在凹孔125的底面凸设有多个微纳颗粒124。由此，可以很方便的通过飞秒激光对包层120的透光区域123进行加工形成微纳颗粒124。其中，相邻两个凹孔125的中心距小于或等于200μm，以进一步提高包层120透光区域123的透光性能。相邻两个凹孔125的中心距是指相邻两个凹孔125中心的距离。
具体地，透光区域123设有沿光纤110的周向依次间隔设置的多排凹孔125，每排凹孔125中的多个凹孔125沿光纤110的延伸方向依次分布，从而使透光区域123内多个凹孔125的分布更加均匀，进而使透光区域123各处的透光性基本保持一致。
其中，凹孔125的排数，以及每排凹孔125中凹孔125的数量可以根据光纤110的包层120的直径而定，此处不作限制。例如本申请实施例中，光纤110的包层120的直径为360μm，在包层120的周向上均匀分布有23排凹孔125，每排凹孔125中的凹孔125数量为100个。其中，相邻两排凹孔125中位置对应的两个凹孔125的中心距小于或等于200μm。同一排凹孔125中，相邻两个凹孔125的中心距小于或等于200μm。
当然，透光区域123的多个凹孔125也可以按照其它方式进行排布。具体例如：可以将透光区域123的多个凹孔125分为沿光纤110的延伸方向依次间隔分布的多个凹孔组，每个凹孔组中的多个凹孔125沿光纤110的周向依次间隔分布。其中，相邻两个凹孔组中的凹孔125相互错位设置。或者，透光区域123的多个凹孔125也可以杂乱的排布于光纤110的外周面。
在一些实施例中，凹孔125可以为圆形孔，也可以为方形孔、三角形孔、椭圆形孔等等，此处不作限制。
在一些实施例中，包层120的透光区域123在光纤110延伸方向上的长度小于或等于10mm。由此，在使包层120的透光区域123的微纳颗粒124能够有效消除包层120中低NA光的同时，避免透光区域123在光纤110延伸方向上的长度过程而增加透光区域123的加工成本。其中，透光区域123在光纤110延伸方向上的长度具体可以为8mm、5mm、3mm等等。
当然，包层120的透光区域123在光纤110延伸方向上的长度也可以大于10mm。在这种情况下，能够进一步提供对包层120中低NA光的消除效果。不过随着包层120的透光区域123在光纤110延伸方向上的长度的增加，对包层120中低NA光的消除效果的提升程度会有所降低，而透光区域123的加工成本会增加。
在一些实施例中，如图1所示，包层120的波导破坏区域121内凹槽122的延伸方向与光纤110的延伸方向呈夹角，以提高凹槽122对包层120表面波导结构的破坏效果。凹槽122的延伸方向与光纤110的延伸方向形成的夹角可以为90°、85°、70°等等，当然，当凹槽122的延伸方向与光纤110的延伸方向垂直时，对包层120表面波导结构的破坏效果最优。
在一些实施例中，多个凹槽122分布在光纤110的同一侧。由此，能够更加方便的通过激光对包层120的波导破坏区域121进行加工形成多个凹槽122。其中，可以通过二氧化碳激光对波导破坏区域121加工形成凹槽122。当然，除了采用二氧化碳激光加工凹槽122，也可以采用其他激光，或者，采用机械加工的方式加工在波导破坏区域121加工出凹槽122。
在一些实施例中，凹槽122自包层120的表面凹陷的最大深度小于或等于120μm，以使凹槽122对包层120表面的波导结构具有较好的破坏效果的同时，避免凹槽122的深度过大而影响包层120的强度。
在一些实施例中，波导破坏区域121在光纤110延伸方向上的长度小于或等于50mm，以使波导破坏区域121能够有效的对包层光进行散射的同时，光纤剥模器100的整体长度不会过长。其中，波导破坏区域121在光纤110延伸方向上的长度具体可以为30mm、40mm、45mm等等，具体可根据包层120内包层光的多少而定。
当然，也可以使波导破坏区域121在光纤110延伸方向上的长度大于50mm。其中，波导破坏区域121在光纤110延伸方向上的长度具体可以为60mm、80mm、100mm等等，这种情况下，随着波导破坏区域121在光纤110延伸方向上的长度的加强，波导破坏区域121对包层光散射效果的提升减弱。
在一些实施例中，包层120的波导破坏区域121内的多个凹槽122在光纤110延伸方向上依次邻接。由此，能够使相邻两个凹槽122的最高点重合，从而使波导破坏区域121中单位长度内凹槽122的数量达到最大值，使单位长度的波导区域对包层120表面的波导破坏效果最优。
具体地，包层120表面的凹槽122沿直线延伸。凹槽122的延伸方向与光纤110的延伸方向垂直。多个凹槽122的延伸方向相互平行。多个凹槽122沿光纤110的延伸方向均匀分布。凹槽122的内表面与垂直于凹槽延伸方向的面的交叉线为圆弧线。多个凹槽122的形状相同。其中，相邻两个凹槽122的内表面与垂直于凹槽延伸方向的面的交叉线的圆点距离，与交叉线的直径相等。
本申请实施例还提出一种光纤剥模器制备方法，光纤110包括纤芯及包裹纤芯的包层120；包层120的表面包括沿光纤110的延伸方向依次分布的波导破坏区域121和透光区域123。其中，如图3所示，光纤剥模器制备方法包括具体可以包括步骤210和220，详细说明如下：
210、在包层的波导破坏区域加工形成多个凹槽，多个凹槽沿光纤的延伸方向依次分布。
其中，可以通过二氧化碳激光设备沿光纤110的延伸方向对包层120的波导破坏区域121进行激光刻蚀以形成多个凹槽122。
具体地，可以先通过二氧化碳激光设备射出的激光沿光纤110的径向方向对包层120的波导破坏区域121进行激光刻蚀以形成凹槽122，然后，沿光纤110的延伸方向将光纤110或二氧化碳激光设备移动一定的距离，再通过二氧化碳激光设备重复对包层120的波导破坏区域121进行激光刻蚀以形成凹槽122。其中，光纤110或二氧化碳激光设备沿光纤110的延伸方向移动的距离为二氧化碳激光设备射出的激光在包层120表面所形成的光斑的直径，以使包层120的波导破坏区域121内的多个凹槽122在光纤110延伸方向上依次邻接。
当然，也可以通过磨削加工或切削加工的方式在包层120的波导破坏区域121加工形成多个凹槽122。具体地，可以通过具有磨削面的圆柱形棒与包层120的波导破坏区域121的表面抵接，并保持圆柱形棒的延伸方向与光纤110的延伸方向垂直，然后控制圆柱形棒旋转，以在波导破坏区域121磨削形成凹槽122。或者，也可以通过铣刀直接在包层120的波导破坏区域121的表面铣出凹槽122。
220、在包层的透光区域加工形成多个微纳颗粒，微纳颗粒的粒径小于或等于200nm。
其中，可以通过飞秒激光设备对包层120的透光区域123进行激光刻蚀以形成激光诱导的周期性表面结构（也即多个微纳颗粒124）。或者，也可以采用离子束蚀刻、光刻等方式在包层120的透光区域123加工形成多个微纳颗粒124。
本申请实施例提供的光纤剥模器制备方法通过在光纤110的包层120的波导破坏区域121形成多个沿光纤110延伸方向依次分布的多个凹槽122，以破坏包层120表面的波导结构，同时，在包层120的透光区域123形成多个粒径小于或等于200nm的微纳颗粒124，以使包层120的透光区域123具有较好的透光性，从而能够去除包层120中低NA（纤芯数值孔径）的光。
当包层120内的包层光沿波导破坏区域121和透光区域123的分布方向传输时，能够先通过波导破坏区域121的多个凹槽122散射成散射光，同时，还能够通过透光区域123的微纳颗粒124去除包层120中低NA（纤芯数值孔径）的光，从而使光纤剥模器100对包层光具有较高的剥模效率，实现在较短长度内具有较高的剥模效率和较低的发热量，同时具有较大的拉伸强度。
本申请实施例还提出一种激光设备，该激光设备包括光纤剥模器，该光纤剥模器的具体结构参照上述实施例，由于本激光设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
其中，光纤剥模器100的光纤110的一端与激光设备（图中未示出）的光纤输出端光路连接，以将激光设备的光纤输出端的包层光剥离。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上对本申请实施例所提供的一种光纤剥模器、激光设备及光纤剥模器制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种光纤剥模器，其特征在于，所述光纤剥模器包括光纤，所述光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层；所述包层的表面包括沿所述光纤的延伸方向依次分布的波导破坏区域和透光区域，所述波导破坏区域设有沿所述光纤的延伸方向依次分布的多个凹槽，所述透光区域设有多个微纳颗粒，所述微纳颗粒的粒径小于或等于200nm。
2.如权利要求1所述的光纤剥模器，其特征在于，所述透光区域开设有多个凹孔，所述凹孔的底面凸设有多个所述微纳颗粒。
3.如权利要求2所述的光纤剥模器，其特征在于，相邻两个所述凹孔的中心距小于或等于200μm。
4.如权利要求2所述的光纤剥模器，其特征在于，所述透光区域设有沿所述光纤的周向依次间隔设置的多排所述凹孔，每排所述凹孔中的多个凹孔沿所述光纤的延伸方向依次分布。
5.如权利要求1所述的光纤剥模器，其特征在于，所述透光区域在所述光纤延伸方向上的长度小于或等于10mm。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的光纤剥模器，其特征在于，所述凹槽的延伸方向与所述光纤的延伸方向呈夹角。
7.如权利要求1至5中任意一项所述的光纤剥模器，其特征在于，所述凹槽自所述包层的表面凹陷的最大深度小于或等于120μm。
8.如权利要求1至5中任意一项所述的光纤剥模器，其特征在于，所述波导破坏区域在所述光纤延伸方向上的长度小于或等于50mm。
9.一种激光设备，其特征在于，所述激光设备包括权利要求1至8中任意一项所述的光纤剥模器。
10.一种光纤剥模器制备方法，其特征在于，所述光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层；所述包层的表面包括沿所述光纤的延伸方向依次分布的波导破坏区域和透光区域；所述方法包括：
在所述包层的波导破坏区域加工形成多个凹槽，所述多个凹槽沿所述光纤的延伸方向依次分布；
在所述包层的透光区域加工形成多个微纳颗粒，所述微纳颗粒的粒径小于或等于200nm。
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