一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種去除剩余栗浦光、包層傳輸信號光及背向散射光器件裝置，特別是一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率光纖激光器具有高電光轉(zhuǎn)換效率、良好的散熱性與輸出光束質(zhì)量、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在激光焊接、打孔、表面處理與打標(biāo)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。高功率光纖激光器通常采用基于雙包層光纖的振蕩級加放大方案獲得。由于采用雙包層光纖，則光纖的內(nèi)包層將不可避免出現(xiàn)剩余栗浦光和由于光纖熔接效果不理想及熔接時(shí)模式不匹配導(dǎo)致纖芯泄露到包層形成包層傳輸?shù)男盘柟猓辉诜糯髸r(shí)，一般會(huì)形成后向傳輸?shù)腁SE ;特別是對于高功率激光放大，光纖中非線性效應(yīng)會(huì)形成后向布里源散射(SBS)光和后向受激拉曼散射光(SRS)，此外端面反射在輸出端面會(huì)形成后向傳輸?shù)男盘柟猓陨线@些統(tǒng)稱為光纖中的背向散射光，若不對包層剩余光及背向散射光加以處理則將對將對激光器種子源產(chǎn)生不利影響，從而影響脈沖激光器可靠性與穩(wěn)定性。
[0003]去除包層剩余光和抑制背向散射光可以利用包層功率剝離器和在輸出端面增加隔離器，但存在問題:第一，背向散射光會(huì)對隔離器和栗浦剝離器產(chǎn)生影響，甚至使其燒毀；第二，同時(shí)使用這兩種器件增加了光路復(fù)雜性且成本較高；第三，大功率輸出隔離器難以制作，體積較大，不利于小型化和集成化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于對稱階梯結(jié)構(gòu)的高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，本實(shí)用新型裝置通過將光纖內(nèi)包層剝離成沿光纖長度方向?qū)ΨQ的階梯狀形式并涂以高折射率光學(xué)凝膠，使內(nèi)包層泄露光和背向散射光分別沿光纖長度正向和反向都均勻泄露；讓階梯狀剝除內(nèi)包層光纖以一定彎曲度通過構(gòu)建的三層光波導(dǎo)的光學(xué)模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層光和背向散射光泄露較為徹底并且泄露光能及時(shí)經(jīng)光波導(dǎo)導(dǎo)出；另外利用循環(huán)水將熱量及時(shí)帶走，避免剝離器溫度過高。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0006]—種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，包括:雙包層光纖、光學(xué)模塊、上蓋板、水冷底座和水冷管；
[0007]光學(xué)模塊包括折射率為ηκ的第一透光層、折射率為n L的第二透光層和折射率為η;的第三透光層；第二透光層夾在第一透光層和第三透光層之間，三個(gè)透光層的形狀相同，第二透光層包括兩個(gè)部分，該兩個(gè)部分之間有一弧形通道，雙包層光纖從弧形通道中穿過，且弧形通道中充滿有折射率為Hci的光學(xué)凝膠，雙包層光纖被光學(xué)凝膠固定在弧形通道內(nèi)，第一透光層、第二透光層和第三透光層通過光學(xué)凝膠粘接為一體；
[0008]水冷底座中部有凹槽，光學(xué)模塊放置在其中，雙包層光纖的兩端分別從水冷底座的相鄰的兩個(gè)面穿出，上蓋板蓋在水冷底座上，將光學(xué)模塊固定在水冷底座的凹槽中，水冷管將水冷底座的凹槽與水冷底座外部連通，令凹槽內(nèi)充滿水給光學(xué)模塊散熱。
[0009]所述雙包層光纖包括內(nèi)包層、外包層和涂覆層；
[0010]位于光學(xué)模塊外部的雙包層光纖并未剝除，在所述弧形通道中的雙包層光纖的外包層和涂覆層均被剝除，僅保留內(nèi)包層，且內(nèi)包層按照由兩端到中心的順序逐步剝除，剝除的內(nèi)包層厚度遞增，形成由直徑不等的圓柱構(gòu)成的階梯狀結(jié)構(gòu)，雙包層光纖位于弧形通道中的部分為對稱結(jié)構(gòu)。
[0011]折射率nD〈nL、n0<nj, n0<nK；n L<nj, nL〈nK。
[0012]所述階梯狀結(jié)構(gòu)為陡峭階梯或緩變階梯。
[0013]所述的階梯狀結(jié)構(gòu)中圓柱的軸向長度均小于5cm。
[0014]所述的上蓋板和散熱底座使用銅或鋁作為制作材料。
[0015]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0016](I)本實(shí)用新型通過采用將光纖內(nèi)包層部分剝離成沿光纖長度方向?qū)ΨQ的階梯狀形式，使前向內(nèi)包層傳輸光和背向散射光都能沿著光纖長度較為均勻的泄露；
[0017](2)本實(shí)用新型通過將光纖內(nèi)包層部分剝離成階梯狀形式并減小直徑最小的內(nèi)包層階梯直徑，可獲得前向內(nèi)包層傳輸光和背向散射光極高的剝除效率；
[0018](3)本實(shí)用新型通過構(gòu)建三層光波導(dǎo)，讓階梯狀剝除內(nèi)包層光纖以一定彎曲度通過構(gòu)建的三層光波導(dǎo)的光學(xué)模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層光和背向散射光泄露較為徹底并且泄露光能及時(shí)經(jīng)光波導(dǎo)導(dǎo)出，避免了泄露光過于集中導(dǎo)致光學(xué)凝膠被燒壞的情況。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的整體裝置示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型的光學(xué)模塊示意；
[0021]圖3為本實(shí)用新型的光學(xué)模塊中間層截面圖；
[0022]圖4為本實(shí)用新型的部分剝除外包層的光纖示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，包括:雙包層光纖11、光學(xué)模塊13、上蓋板14、水冷底座15和水冷管16 ;
[0024]光學(xué)模塊13包括折射率為ηκ的第一透光層25、折射率為n ^的第二透光層21和折射率為η:的第三透光層23 ;第二透光層21夾在第一透光層25和第三透光層23之間，三個(gè)透光層的形狀相同，第二透光層21包括兩個(gè)部分，該兩個(gè)部分之間有一弧形通道，雙包層光纖11從弧形通道中穿過，且弧形通道中充滿有折射率為η。的光學(xué)凝膠24，雙包層光纖11被光學(xué)凝膠24固定在弧形通道內(nèi)，第一透光層25、第二透光層21和第三透光層23通過光學(xué)凝膠24粘接為一體；其整體和俯視圖如圖2如圖3所示。
[0025]水冷底座15中部有凹槽，光學(xué)模塊13放置在其中，雙包層光纖11的兩端分別從水冷底座15的相鄰的兩個(gè)面穿出，上蓋板14蓋在水冷底座15上，將光學(xué)模塊13固定在水冷底座15的凹槽中，水冷管16將水冷底座15的凹槽與水冷底座15外部連通，令凹槽內(nèi)充滿水給光學(xué)模塊13散熱。
[0026]所述雙包層光纖11包括內(nèi)包層、外包層和涂覆層；位于光學(xué)模塊13外部的雙包層光纖11并未剝除，在所述弧形通道中的雙包層光纖11的外包層和涂覆層均被剝除，僅保留內(nèi)包層，且內(nèi)包層按照由兩端到中心的順序逐步剝除，剝除的內(nèi)包層厚度遞增，形成由直徑不等的圓柱構(gòu)成的階梯狀結(jié)構(gòu)，所述階梯狀結(jié)構(gòu)為陡峭階梯或緩變階梯。雙包層光纖11位于弧形通道中的部分為對稱結(jié)構(gòu)。其具體實(shí)施結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，41、42為未剝除內(nèi)包層光纖。31、32、33、34、35為部分剝除內(nèi)包層光纖形成的階梯狀結(jié)構(gòu)，階梯狀結(jié)構(gòu)光纖31、32、33、34、35的直徑n、r2、r3、r4、r5之間及與外包層直徑r。的關(guān)系滿足I1=T 5；r 2= r 4；Γ?2>Γ3海級階梯長度L 1、L2、L3、L4、1^5都應(yīng)小于5cm，階梯的個(gè)數(shù)可任意增加或減少到N(N>3)。弧形通道中所充光學(xué)凝膠應(yīng)大于內(nèi)包層折射率的折射率。
[0027]本實(shí)用新型通過采用將光纖內(nèi)包層部分剝離成沿光纖長度方向?qū)ΨQ的階梯狀形式，使前向內(nèi)包層傳輸光和背向散射光都能沿著光纖長度較為均勻的泄露；通過將光纖內(nèi)包層部分剝離成階梯狀形式并減小直徑最小的內(nèi)包層階梯直徑，可獲得前向內(nèi)包層傳輸光和背向散射光極高的剝除效率；通過構(gòu)建三層光波導(dǎo)，讓階梯狀剝除內(nèi)包層光纖以一定彎曲度通過構(gòu)建的三層光波導(dǎo)的光學(xué)模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層光和背向散射光泄露較為徹底并且泄露光能及時(shí)經(jīng)光波導(dǎo)導(dǎo)出，避免了泄露光過于集中導(dǎo)致光學(xué)凝膠被燒壞的情況。
[0028]本實(shí)用新型說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，其特征在于包括:雙包層光纖(11)、光學(xué)模塊(13)、上蓋板(14)、水冷底座(15)和水冷管(16)； 光學(xué)模塊(13)包括折射率為ηκ的第一透光層(25)、折射率為ru的第二透光層(21)和折射率為η;的第三透光層(23);第二透光層(21)夾在第一透光層(25)和第三透光層(23)之間，三個(gè)透光層的形狀相同，第二透光層(21)包括兩個(gè)部分，該兩個(gè)部分之間有一弧形通道，雙包層光纖(11)從弧形通道中穿過，且弧形通道中充滿有折射率為Iici的光學(xué)凝膠(24)，雙包層光纖(11)被光學(xué)凝膠(24)固定在弧形通道內(nèi)，第一透光層(25)、第二透光層(21)和第三透光層(23)通過光學(xué)凝膠(24)粘接為一體； 水冷底座(15)中部有凹槽，光學(xué)模塊(13)放置在其中，雙包層光纖(11)的兩端分別從水冷底座(15)的相鄰的兩個(gè)面穿出，上蓋板(14)蓋在水冷底座(15)上，將光學(xué)模塊(13)固定在水冷底座(15)的凹槽中，水冷管 (16)將水冷底座(15)的凹槽與水冷底座(15)外部連通，令凹槽內(nèi)充滿水給光學(xué)模塊(13)散熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，其特征在于:所述雙包層光纖(11)包括內(nèi)包層、外包層和涂覆層；位于光學(xué)模塊(13)外部的雙包層光纖(11)并未剝除，在所述弧形通道中的雙包層光纖(11)的外包層和涂覆層均被剝除，僅保留內(nèi)包層，且內(nèi)包層按照由兩端到中心的順序逐步剝除，剝除的內(nèi)包層厚度遞增，形成由直徑不等的圓柱構(gòu)成的階梯狀結(jié)構(gòu)，雙包層光纖(11)位于弧形通道中的部分為對稱結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，其特征在于:折射率 n0〈nL、n0〈nj，n0<nK；n L〈nj，nL〈nK。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，其特征在于:所述階梯狀結(jié)構(gòu)為陡峭階梯或緩變階梯。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，其特征在于:所述的階梯狀結(jié)構(gòu)中圓柱的軸向長度均小于5cm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，其特征在于:所述的上蓋板(3)和散熱底座(4)使用銅或鋁作為制作材料。
【專利摘要】一種高功率光纖包層功率剝除及背向散射光抑制裝置，包括雙包層光纖、光學(xué)模塊、上蓋板、水冷底座、水冷管，雙包層光纖以一定彎曲度穿過光學(xué)模塊與水冷底座，光學(xué)模塊置于水冷底座內(nèi)，水冷底座上部使用良好散熱性材料制成的上蓋板進(jìn)行封裝，水冷底座下部安裝有水冷管。本實(shí)用新型裝置通過將光纖內(nèi)包層剝離成沿光纖長度方向?qū)ΨQ的階梯狀形式并涂以高折射率光學(xué)凝膠，使內(nèi)包層泄露光和背向散射光分別沿光纖長度正向和反向都均勻泄露；讓階梯狀剝除內(nèi)包層光纖以一定彎曲度通過構(gòu)建的三層光波導(dǎo)光學(xué)模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)包層光和背向散射光泄露較為徹底并且泄露光能及時(shí)經(jīng)光波導(dǎo)導(dǎo)出；另外利用循環(huán)水將熱量及時(shí)帶走，避免溫度過高。
【IPC分類】H01S3/067, G02B6/245, G02B6/036, H01S3/04
【公開號】CN204758864
【申請?zhí)枴緾N201520358458
【發(fā)明人】李磐, 王金東, 王軍龍, 馬建立, 于淼, 于文鵬, 王學(xué)鋒, 胡寶余
【申請人】北京航天控制儀器研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年5月28日