[发明专利]高功率光纤激光器包层光分段部分剥离方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及高功率光纤激光器包层光分段部分剥离方法及装置，属于光纤激光器件技术领域。

背景技术

近年来，随着大功率半导体激光泵浦技术和双包层光纤拉制技术的逐渐成熟，光纤激光器由空间分立结构向全光纤结构转化，输出功率不断提高，目前最大单模输出功率已经超过一万瓦，多模输出功率达到数万瓦。

在双包层光纤激光系统的末端的光纤内包层中除了有残留的泵浦光，还存在一部分自发辐射光（ASE）和在熔接点处从纤芯泄露到内包层中的信号光。如果这些光没有被剥离而是被直接输出，则会影响激光光束质量，更严重的还会引起下一级的泵浦合束器等器件发热，甚至会烧毁器件。因此，对于光纤包层光的彻底剥离对于高功率的光纤激光系统的稳定性和高质量的激光输出具有重要意义。

目前，国内外提出了多种剥离包层光的方法，比如直接在裸露的内包层上涂高折射率光学凝胶的方法（参见2012年12月9日公开的公开号为CN101718916A的专利《剥离双包层光纤中剩余泵浦光的方法》）和在内包层上刻写V型槽的方法（参见2011年5月19日公开的专利公开号为CN102255235A的专利《双包层光纤中包层光的滤除方法》）都是使内包层中的高阶模式光因为不满足全反射条件而从包层中泄露出来。但是这些方法无法将内包层中的低阶模式光滤除。有人提出采用腐蚀部分内包层的方法来剥离包层光(参见《End-pumped300W continuous-wave ytterbium doped all-fiber laser with master oscillator multistage power amplifiers configuration》,Optics Express,Vol.16,2008,P17864-17869)。但上述三种方法都在很短光纤长度内剥离绝大部分包层光，这些包层光转化成热之后会导致光纤局部温度过高，严重的会导致剥离器烧毁，甚至由于自聚焦效应而向前烧毁整个激光系统。为了解决这个问题，有人提出采用在光纤上分段涂覆具有不同折射率的光学凝胶来实现对包层光的分段剥离，（参见《High power cladding light strippers》,Proc.of SPIE，Vol.68736873271-8）。这种方式存在两个问题，一是很难找到多种不同折射率且满足光纤涂覆要求的高折胶，文中也只使用了两种胶做实验，这样并不能使包层光转化成的热量分布得很均匀，从而无法满足高功率激光器的要求；二是同样不能保证低阶模包层光的彻底剥离。

发明内容

本发明的目的在于克服上述几种包层光剥离方式的缺点，提供了高功率光纤激光器包层光分段地、部分地剥离的方法及装置，该方法及装置包层光剥离度高、沿光纤轴的方向包层光转化而来的热量分布均匀、能在高功率光纤激光系统中稳定工作。

本发明的一个方面提供了高功率光纤激光器包层光分段地、部分地剥离的方法，其特征在于，包括以下步骤：一、首先将光纤的一部分进行分段地、部分地剥除涂覆层及外包层，用于以后剥离高阶模式的包层光；二、紧接着将光纤的另一部分腐蚀出一段锥形结构，用于以后剥离低阶模式的包层光，所述的锥形结构为沿光纤轴向是中间细、两端粗；三、将经过步骤一和二处理的光纤涂上高折射率光学凝胶，然后固定在散热装置中进行冷却。

步骤一中分段地、部分地剥除涂覆层及外包层指的是平行于中心轴将光纤中的一段对应圆心角为θ的光纤的涂覆层及外包层进行剥除，然后同样平行于中心轴将与此段光纤相邻的下一段光纤对应圆心角为θ的光纤的涂覆层及外包层进行剥除，依次类推，相邻的两段被剥除的涂覆层及外包层所对应的圆心角θ在光纤横截面上的投影是连接的，所有被剥除的光纤部分所对应的圆心角之和不小于π，但是不大于π+θ。优选每段剥除的长度不小于5mm且不大于10mm。对于圆形内包层的光纤，圆心角θ不小于π/4且不大于π/3。而对于多边形内包层的光纤，假设内包层为n边形，则圆心角θ为2π/n，所剥除涂覆层及外包层与多边形的边对应。

步骤二锥形结构沿光纤轴向的长度优选不小于30且不大于40mm。