一種高功率雙包層光纖包層光剝離器裝置及制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子技術領域，特別是一種高功率雙包層光纖包層光剝離器裝置及制作方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的隨著大功率半導體激光技術發(fā)展及雙包層摻雜光纖發(fā)明，極大的提高了光纖激光器輸出功率水平，迄今，高功率光纖激光器已經(jīng)廣泛應用于激光武器、激光切割、激光焊接、激光加工等領域。光纖包層光剝離器是高功率光纖激光器關鍵器件之一，用于剝除雙包層光纖中包層剩余栗浦光及由于光纖熔接效果不理想、熔接模式不匹配等形成的包層傳輸信號光，其性能對高功率光纖激光器輸出光束質(zhì)量及系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要影響。
[0003]已有諸多文獻和專利闡述去除光纖包層光的裝置和方法，最簡單的方法是直接將光纖低折射率涂覆層去除，然后在以高折射率的材料對去除了涂覆層部分進行涂覆固化，這種方法難以對低數(shù)值孔徑光進行去除，而且這種剝除效率較低，且光泄露點過于集中容易導致剝離器燒毀。為了克服這種方法的缺點，文獻“A novel method for strippingcladding lights in high power fiber lasers and amplifiers，，】.Lightwave Technol.vol.30pp.3199-3202采用氫氟酸蒸汽將雙包層光纖腐蝕成光纖錐，然后在光纖錐外涂高折膠方法對進行包層功率剝除，這種方法既可以解決光泄露過于集中又可以去除低數(shù)值孔徑的包層光，但這種方法存在如下問題:第一，剝除的光轉(zhuǎn)換成熱都集中于高折射膠，而高折射膠一般難以承受高功率；第二，利用氫氟酸蒸汽進行腐蝕的方法較為復雜，且腐蝕的光纖一致性無法保證，難以大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種光纖內(nèi)包層為相向錐形、光學模塊為透明圓柱狀的高功率雙包層光纖包層光剝離器裝置及制作方法，本發(fā)明裝置及方法在光均勻泄露上更有優(yōu)勢，而且能夠大批量生產(chǎn)，一致性好。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案是:一種高功率雙包層光纖包層光剝離器裝置，包括雙包層光纖、光學模塊、固定材料、水冷管；雙包層光纖穿過光學模塊與固定材料，光學模塊置于固定材料內(nèi)，固定材料下部安裝有水冷管，光學模塊為三層波導結構，包括折射率為ηκ的第一透光材料、折射率為~的光學凝膠或透明材料、折射率為ru的第二透光材料，折射率為n j的光學凝膠或透明材料位于兩種透光材料之間，其中，nj<n^ nj<nK, rip ηκ均大于雙包層光纖內(nèi)包層折射率，雙包層光纖穿過光學模塊的部分為剝除了外包層及涂覆層的雙包層光纖，固定材料為散熱材料；所述的雙包層光纖穿過光學模塊的部分為相向錐形結構，包括第一錐區(qū)、第二錐區(qū)、兩錐區(qū)連接部，其中，兩錐區(qū)連接部直徑不大于第一錐區(qū)、第二錐區(qū)的直徑，大于雙包層光纖纖芯直徑。
[0006]所述的第一透光材料為耐熱空心柱狀透光材料切掉一半形成的光滑透明的半圓凹槽，半圓凹槽直徑大于雙包層光纖的內(nèi)包層直徑，第二透光材料為與第一透光材料具有同樣尺寸的耐熱實心柱狀透光材料切掉一半形成的光滑透明半圓柱，雙包層光纖穿過光學模塊的部分置于半圓凹槽中，第一透光材料、第二透光材料形成圓柱狀波導，折射率為~光學凝膠或透明材料填充雙包層光纖和圓柱狀波導之間縫隙。
[0007]所述的第一錐區(qū)長度L1取值范圍為0mm〈L ^ 100mm，第二錐區(qū)長度L3取值范圍為0mm〈L3〈100mm，兩錐區(qū)連接部長度L2取值范圍為0mm〈 = L2〈50mm。
[0008]—種高功率雙包層光纖包層光剝離器裝置制作方法，包括如下步驟:
[0009](I)剝除雙包層光纖的部分外包層及涂覆層，然后將剝除了外包層及涂覆層的雙包層光纖制成相向錐形結構；所述的相向錐形結構包括第一錐區(qū)、第二錐區(qū)、兩錐區(qū)連接部，其中，第一錐區(qū)長度L1取值范圍為0mm〈L ^lOOmm,第二錐區(qū)長度L3取值范圍為0〈L3〈100mm，兩錐區(qū)連接部長度L2取值范圍為0〈 = L 2<50mm ；
[0010](2)將外半徑為F1、內(nèi)半徑為r2、折射率為叫的耐熱空心柱狀透光材料切掉一半，形成光滑透明的半圓凹槽，將步驟(I)得到的雙包層光纖相向錐形結構放在半圓凹槽中，用折射率為η;的光學凝膠或者透明材料進行填充，其中，內(nèi)半徑^大于雙包層光纖內(nèi)包層半徑，其中，nj<nK, nj、ηκ均大于雙包層光纖內(nèi)包層折射率；
[0011](3)將外半徑為A、內(nèi)半徑為r2、折射率為Ik耐熱實心柱狀透光材料切掉一半，放置在空心柱狀透光材料上并緊密貼合得到圓柱狀波導，得到光學模塊，其中，η:〈ηρηρ &均大于雙包層光纖內(nèi)包層折射率；
[0012](4)在固定材料內(nèi)加工通孔結構，然后在固定材料內(nèi)部安裝水冷管，水冷管內(nèi)部設有冷卻水；
[0013](5)將步驟(3)得到的光學模塊置于通孔結構中，然后使用折射率為Iici的光學凝膠或者透明材料進行密封并固定，其中，n/j、于光纖內(nèi)包層和涂覆層折射率。
[0014]所述的將剝除了外包層及涂覆層的雙包層光纖制成相向錐形結構包括如下步驟
[0015](I)剝除雙包層光纖長度為LfL2的外包層及涂覆層；
[0016](2)將雙包層光纖垂直固定于耐腐蝕結構件上，將結構件與雙包層光纖置于氫氟酸腐蝕液中，并保持雙包層光纖垂直于氫氟酸液面，令光纖雙包層光纖及結構件上提，當剝除了外包層及涂覆層的雙包層光纖還剩余L2長度未露出氫氟酸腐蝕液面時停止上提，未露出部分經(jīng)氫氟酸腐蝕形成第一錐區(qū)、兩錐區(qū)連接部；
[0017](3)在雙包層光纖靠近兩錐區(qū)連接部部分剝除1^長度的外包層及涂覆層，在雙包層光纖的第一錐區(qū)、兩錐區(qū)連接部涂覆耐氫氟酸腐蝕材料；
[0018](4)將雙包層光纖以與步驟(2)相反方向垂直固定于耐腐蝕結構件上，將結構件與雙包層光纖置于氫氟酸腐蝕液中，并保持雙包層光纖垂直于氫氟酸液面，令光纖雙包層光纖及結構件上提，當光纖雙包層光纖提出氫氟酸腐蝕液時，形成第二錐區(qū)；
[0019](5)去除雙包層光纖的耐氫氟酸腐蝕材料，得到相向錐形結構。
[0020]所述的未露出部分經(jīng)氫氟酸腐蝕的時間為0_2h。
[0021]所述的上提為勻速，上提速度為l-500mm/h。
[0022]所述的耐氫氟酸腐蝕材料為聚四氟乙烯或紫外光學凝膠。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0024](I)本發(fā)明通過二步提拉法將光纖腐蝕成相向錐形結構，相向錐形結構能夠剝除光纖中前向和后向包層光，與現(xiàn)有技術相比在光均勻泄露上更有優(yōu)勢，另外，本發(fā)明相向錐形結構能夠大批量生產(chǎn)，一致性好；
[0025](2)本發(fā)明將雙包層光纖內(nèi)包層腐蝕成相向錐形結構，并將其置于透明材料的半空心圓柱和半實心圓柱制成光學模塊的波導結構中，與現(xiàn)有技術相比，使內(nèi)包層泄露光沿著光纖長度方向較為均勻泄露，另外，本發(fā)明通過增加錐形結構長度和減小錐形結構中細錐端直徑可以獲得極高剝除效率；
[0026](3)本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，通過構建三層圓柱狀波導結構讓內(nèi)包層泄露光分散于波導結構中，減小了光和熱的功率密度，避免了泄露光過于集中導致光學凝膠被燒壞的情況。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明高功率雙包層光纖包層光剝離器的整體結構示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明波導結構示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明腐蝕成的光纖錐結構示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明制作方法的工藝流程圖；
[0031]圖5為兩種剝離器裝置功率與溫度變化對比示意圖。
【具體實施方式】
[0032]專利一種高功率光纖包層功率剝離器裝置(201510024289.5)將光纖制作成階梯狀結構，可剝除低階模式和光泄漏均勻分散于多個階梯結構附近，并采用三層波導結構將光纖泄漏出光均勻?qū)С?，解決了光纖包層泄漏光無法快速分散問題，此種結構制作簡單，但是當光纖較粗時，三層波導結構中間為膠層，光纖制作時難以固定，上下兩層透光材料難以平衡，增加了制作難度。
[0033]在剝除更高功率光纖時，錐形結構在光均勻泄露上更有優(yōu)勢，另外采用柱狀波導結構能夠進一步增加體表比，有利于剝離器裝置散熱。本發(fā)明裝置及方法采用兩步提拉法制作相向錐形光纖結構代替梯狀波導結構使光進一步均勻泄露，同時采用粘合的柱狀波導結構代替方形三層波導結構進一步增加散熱體積和解決中間光學凝膠對光纖難以固定和上下兩層透光材料難以平衡問題，下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
[0034]如圖1所示本發(fā)明一種高功率雙包層光纖包層光剝離器裝置，包括雙包層光纖
116、光學模塊111、固定材料113、水冷管(117，118)，其中，雙包層光纖116穿過光學模塊111與固定材料113，光學模塊111置于固定材料113內(nèi)，固定材料113下部安裝有水冷管
117。相向錐形結構的雙包層光纖116置于光學模塊111中，在具有良好散熱性能的固定材料113中設置通孔112，通孔兩端鉆刻螺紋，將帶有雙包層光纖116的光學模塊111放置于散熱材料的通孔結構112中，用設有便于旋進旋出的小孔115、120的螺紋蓋114、119在散熱材料兩端對光學模塊111加以固定，最后用光學凝膠對螺紋蓋進行固定、并用水冷管117、118對散熱材料進行散熱，固定材料113為散熱材料。
[0035]如圖2所示，光學模塊111為圓柱波導結構，包括折射率為叫的第一透光材料、折射率為^的光學凝膠或透明材料、折射率為η [的第二透光材料，折射率為η:的光學凝膠或透明材料位于兩種透光材料之間，其中，nj<n^ rij<nK, rip ηκ均大于雙包層光纖116內(nèi)包層折射率，雙包層光纖11)穿過光學模塊的部分為剝除了內(nèi)包層的雙包層光纖。其中，第一透光材料為耐熱空心柱狀透光材料211切掉一半形成的光滑透明的半圓凹槽214，半圓凹槽214直徑大于雙包層光纖116的內(nèi)包層直徑，第二透光材料為與第一透光材料具有同樣尺寸的耐熱實心柱狀透光材料212切掉一半形成的光滑透明半圓柱，雙包層光纖116穿過光學模塊的部分為相向錐形結構213，且置于半圓凹槽214中，折射率為η;光學凝膠或透明材料填充雙包層光纖116和第一透光材料、第二透光材料之間縫隙。
[0036]如圖