CN115144954B - 一种包层光剥离器及其制备方法 - Google Patents

一种包层光剥离器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种包层光剥离器及其制备方法。其中,包层光剥离器包括纤芯、内包层和涂覆层;内包层包裹于纤芯的外侧,涂覆层包裹于内包层的外侧,内包层的外侧壁上开设有多个内包层凹槽,形成被破坏内包层传输界面全反射特性的区段。该包层光剥离器具有结构简单、机械强度好、剥离功率高等优点。

Description

一种包层光剥离器及其制备方法
技术领域
本发明属于激光器技术领域,特别涉及一种包层光剥离器及其制备方法。
背景技术
在光纤激光器产生激光过程中,泵浦光与信号光于掺杂光纤内进行能量转移,泵浦光减弱,而信号光增强。由于泵浦能量无法全部被吸收,会有残留的泵浦光在光纤的包层内传输,形成包层光,包层光不但会影响激光器输出激光的质量,而且可能对后续器件造成损伤。通常,光纤包层内的包层光通过包层光剥离器来剥离,包层光剥离器的主要作用原理为通过破坏光纤包层间的全反射界面来剥离包层光,从而消除包层光对激光器输出光束质量的影响。
目前,包层光剥离器的制备方法主要包括高折射率胶法、蓝宝石基质法、化学腐蚀法、软金属吸收法、激光微加工法等。①高折射率胶法是直接在裸露的光纤包层上涂高折射率光学凝胶,使光纤包层内的包层光因不满足全反射条件而从光纤包层中泄露出来。②蓝宝石基质法是将光纤放置在下表面刻有矩形槽的蓝宝石的下方,同时将高反射率基底与蓝宝石基质紧密贴合,并置于热沉上进行散热,最后采用不透明外壳将其密封,这样,光纤包层内的包层光会折射进入到蓝宝石基质中,并且产生的热量会通过热沉带走。③化学腐蚀法是采用化学腐蚀剂腐蚀光纤包层,在光纤包层的表面形成一定的粗糙结构,包层光在腐蚀段传输时会发生散射,从而从光纤包层内剥离出去。④软金属吸收法是指在裸光纤包层上包裹一层软金属材料,利用软金属对红外光吸收特性来使光纤包层内的包层光的功率衰减。⑤激光微加工法是指利用环形或脉冲激光对光纤包层的表面进行微加工,使光纤包层的外表面形成一定周期性的结构,破坏其表面的平整性,从而剥离包层光。
现有技术中的高折射率胶法、蓝宝石基质法和软金属吸收法虽然不破坏光纤包层,保证了光纤的机械强度,但是会产生大量的热,需要设置额外的散热装置对其冷却降温,并且包层光的剥离功率较低,剥离效果差;化学腐蚀法和激光微加工法虽然对包层光的剥离度较高,但是由于严重破坏了光纤包层结构以及涂覆层结构,使光纤的机械强度降低,需要设置额外的保护结构来保护包层光剥离器。
发明内容
针对上述问题,本发明公开了一种包层光剥离器及其制备方法,以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明一方面提供一种包层光剥离器,所述包层光剥离器包括纤芯、内包层和涂覆层;
所述内包层包裹于所述纤芯的外侧,所述涂覆层包裹于所述内包层的外侧,所述内包层的外侧壁上开设有多个内包层凹槽,形成被破坏内包层传输界面全反射特性的区段。
进一步地,多个所述内包层凹槽在所述内包层的轴向上的间隔距离不等。
进一步地,所述内包层凹槽与所述纤芯之间的所述内包层的内部开设有多个内包层空腔。
进一步地,多个所述内包层空腔的大小不同。
进一步地,所述包层光剥离器还包括外包层;
所述外包层位于所述内包层和所述涂覆层之间,所述外包层的外侧壁上开设有多个外包层凹槽,形成被破坏外包层传输界面全反射特性的区段。
进一步地,所述外包层凹槽与所述内包层之间的所述外包层的内部开设有多个外包层空腔。
进一步地,所述包层光剥离器还包括冷却组件;
所述冷却组件包裹在所述涂覆层的外侧。
进一步地,所述内包层凹槽和所述内包层空腔均通过飞秒激光烧制形成。
本发明的另一方面提供一种包层光剥离器的制备方法,所述制备方法用于制作上述所述的包层光剥离器,包括如下步骤:
步骤S01,将光纤调整好姿态,并进行固定;
步骤S02,设置飞秒激光的曝光功率和聚焦位置,在所述内包层的外侧壁上烧制出多个内包层凹槽。
进一步地,所述制备方法还包括:
步骤S03,调整所述飞秒激光的曝光功率和聚焦位置,在所述内包层凹槽与所述纤芯之间的所述内包层的内部烧制出多个内包层空腔。
本发明的优点及有益效果是:
本发明的包层光剥离器中,通过在内包层的外侧壁上开设多个内包层凹槽,形成被破坏内包层传输界面全反射特性的区段,使包层光从该区段剥除,并且无需破坏内包层外侧的涂覆层;该包层光剥离器具有结构简单、机械强度好、剥离功率高等优点。
附图说明
通过阅读下文优选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。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1为本发明一个实施例中包层光剥离器的结构示意图;
图2为本发明另一个实施例中包层光剥离器的制备方法的实施步骤图。
图中:1、纤芯;2、内包层;3、涂覆层;4、内包层凹槽;5、内包层空腔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下结合附图,详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
本发明的一个实施例中公开一种包层光剥离器,如图1所示,该包层光剥离器包括纤芯1、内包层2和涂覆层3。
具体地,内包层2包裹于纤芯1的外侧,涂覆层3包裹于内包层2的外侧,内包层2的外侧壁上开设有多个内包层凹槽4,形成被破坏内包层传输界面全反射特性的区段,当内包层2内的包层光经过该区段,且射至内包层凹槽4的槽底时,包层光会发生散射,产生的散射光通过内包层凹槽4射出,使包层光被剥离,无法进行全反射传输。由于内包层2呈区段结构失去全反射特性,这使得绝大多数包层光均能够被剥离出去,进而使包层光的剥离度更高。
并且,该包层光剥离器在形成被破坏内包层传输界面全反射特性的区段时无需破坏涂覆层,可以保证涂覆层的完整性,而且该区段内的内包层的整体结构并没有被破坏,这样可以保证光纤具有较高的机械性能,进而无需再设置额外的保护结构对包层光剥离器进行保护。
因此,该实施例的包层光剥离器具有结构简单、机械强度好、剥离功率高(即包层光剥离度高)等优点。
在本实施例中,多个内包层凹槽在内包层的轴向上的间隔距离不等,这样可以使内包层内不同反射角度的包层光均能够被散射剥离,从而提高了包层光的剥离度。当然,在其他实施例中,多个内包层凹槽在内包层的轴向上的间隔距离也可以相等,亦在本发明的保护范围之内。
另外,如图1所示,内包层凹槽4与纤芯1之间的内包层2的内部开设有多个内包层空腔5,内包层2内的包层光在传输过程中遇到内包层空腔5时,会发生散射,产生的散射光会由内包层凹槽4再次散射出去,这样不但可以提高包层光的剥离度,而且还可以减小内包层传输界面全反射特性被破坏的区段在轴向所需的长度,进而使包层光剥离器的体积更小。
进一步地,多个内包层空腔的大小不同,使内包层内的包层光经过不同内包层空腔发生散射的角度不同,进而使散射光散射的范围更大,从而便于包层光产生的散射光更好地通过内包层凹槽散射出去,使包层光的剥离效果更好。
并且,内包层凹槽和内包层空腔均通过飞秒激光烧制形成,由于飞秒激光的特性,使其仅在聚焦处具有烧灼能力,具体地,飞秒激光可以穿过涂覆层,在内包层的外侧壁上烧制内包层凹槽,飞秒激光也可以穿过内包层的外表层,在内包层的内部烧制内包层空腔,这样可以实现定点烧制,避免损伤其他结构,从而保证涂覆层和内包层的整体结构的完整性。
飞秒激光作为一种加工技术,已被证明是在微纳米尺度上进行先进材料加工的有力工具。飞秒激光是指利用锁模技术产生的脉冲宽度极窄的超短脉冲激光,其脉冲宽度通常定义为皮秒(10−12 s) ~ 飞秒(10−15 s)量级,飞秒激光具有很多独特属性:(1)在时间尺度上,飞秒激光的超短脉冲宽度限制了热影响区的形成,这对超高精度制造至关重要;(2)在空间尺度上,飞秒激光与材料作用体现出多种非线性过程,例如,非线性的光学吸收、非线性的化学反应和非线性的材料改性等,借助这些非线性过程可以打破光学衍射极限,实现纳米尺度微结构制备;(3)在材料的维度上,极高的峰值强度允许激光与几乎任何物质发生非线性相互作用,即当飞秒激光照射到介质和宽带隙晶体等透明材料上时,由于激光峰值强度极高,会产生非线性吸收过程,从而引发强烈的光吸收;基于这一特点,飞秒激光可以实现透明材料内部的加工和改性。
在本实施例中,包层光剥离器还包括外包层。
具体地,外包层位于内包层和涂覆层之间,外包层的外侧壁上开设有多个外包层凹槽,形成被破坏外包层传输界面全反射特性的区段,这样外包层内的包层光可以通过该区段散射出去。另外,内包层的包层光通过内包层凹槽散射到外包层内,然后通过外包层凹槽散射剥离。其中,内包层传输界面全反射特性被破坏的区段和外包层传输界面全反射特性被破坏的区段位置对应,便于内包层内的包层光穿过外包层散射剥离。
并且,外包层凹槽与内包层之间的外包层的内部开设有多个外包层空腔,同上述内包层空腔的原理相同,可以提高外包层内包层光的剥离度。
进一步地,外包层凹槽与外包层空腔也均通过飞秒激光烧制而成,这样可以不用破坏外包层和涂覆层的整体结构,而在内包层和外包层上烧制形成包层光剥离结构,保证了内包层和外包层结构的完整性,使光纤的机械性能更好。
在本实施例中,包层光剥离器还包括冷却组件。
冷却组件包裹在涂覆层的外侧,用于对包层光剥离器冷却散热,使包层光剥离器可长时间工作。其中,该冷却组件可以是激光器的冷却结构,例如冷却组件是用于冷却激光器的冷却板,冷却板上开设有冷却槽,包层光剥离器中的光纤可以置于冷却槽内进行冷却,使包层光剥离器可以与激光器共用一套冷却装置,而无需设置额外的冷却装置,这样可以较小激光器的使用成本。
本发明的一个实施例中公开一种包层光剥离器的制备方法,用于制作上述实施例中的包层光剥离器,如图2所示,该制备方法具体包括如下步骤:
步骤S01,将光纤调整好姿态,并进行固定;例如,将光纤固定于精密曝光平台上。
步骤S02,设置飞秒激光的曝光功率和聚焦位置,在内包层的外侧壁上烧制出多个内包层凹槽,而不破坏光纤的涂覆层。其中,曝光功率根据内包层的材质以及需要烧制的内包层凹槽的大小进行确定,聚焦位置根据需要烧制内包层凹槽的位置进行确定。
进一步地,包层光剥离器的制备方法还包括:
步骤S03,调整飞秒激光的曝光功率和聚焦位置,使飞秒激光穿过内包层的外表层,在内包层凹槽与纤芯之间的内包层的内部烧制出多个内包层空腔。
该包层光剥离器的制备方法具有操作简单、制备效率高、可用于流水化生产等优点。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,在本发明的上述教导下,本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白,上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种包层光剥离器,其特征在于,所述包层光剥离器包括纤芯、内包层和涂覆层;
所述内包层包裹于所述纤芯的外侧,所述涂覆层包裹于所述内包层的外侧,所述内包层的外侧壁上开设有多个内包层凹槽,形成被破坏内包层传输界面全反射特性的区段;
所述内包层凹槽与所述纤芯之间的所述内包层的内部开设有多个内包层空腔;
所述内包层凹槽和所述内包层空腔均通过飞秒激光烧制形成;
所述包层光剥离器还包括外包层;
所述外包层位于所述内包层和所述涂覆层之间,所述外包层的外侧壁上开设有多个外包层凹槽,形成被破坏外包层传输界面全反射特性的区段;
所述外包层凹槽与所述内包层之间的所述外包层的内部开设有多个外包层空腔;
所述外包层凹槽与所述外包层空腔也均通过飞秒激光烧制而成。
2.根据权利要求1所述的包层光剥离器,其特征在于,多个所述内包层凹槽在所述内包层的轴向上的间隔距离不等。
3.根据权利要求1所述的包层光剥离器,其特征在于,多个所述内包层空腔的大小不同。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的包层光剥离器,其特征在于,所述包层光剥离器还包括冷却组件;
所述冷却组件包裹在所述涂覆层的外侧。
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