[发明专利]一种光纤包层光剥离器及其冷却系统

说明书

本发明涉及一种光纤包层光剥离器及其冷却系统。光纤包层光剥离器包括双包层光纤和用于放置双包层光纤的金属板，双包层光纤具有一剥离掉涂覆层的包层裸露段，金属板上设有用于剥离包层光的异形光纤槽，包层裸露段设于异形光纤槽内，异形光纤槽和包层裸露段之间填充有折射胶层，折射胶层的折射率沿光纤轴向依次递增。通过在异形光纤槽和包层裸露段之间填充折射率沿光纤轴向依次递增的折射胶层，可将高功率包层光沿光纤轴向均匀剥离，避免因剥离热量聚集导致的局部高温，提高了能剥离的包层光的最大功率；所述第二曲形光纤槽的设置，解决了小孔径角包层光剥离不彻底的问题。该剥离器具有极高的泄露比，结构和工艺简单，材料和制作成本低。

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及一种光纤包层光剥离器及其冷却系统。

背景技术

目前，光纤激光器中主要采用大模场双包层增益光纤来获取高功率激光输出，在工作过程中双包层光纤的内包层为纯石英介质、用来传输高功率泵浦光，纤芯中均匀掺杂一定浓度的稀土离子、吸收泵浦光实现粒子数反转。一方面，高功率光纤激光器中增益光纤长度存在最佳值，需要在泵浦吸收效率与光光转换效率之间选择平衡，因此泵浦光不能被完全吸收，为了不对后端应用造成不利影响，剩余泵浦光需要高效剥离；另一方面，高功率光纤激光器中往往因熔接问题造成的纤芯光逃逸进入包层或少量高阶模激光与自发辐射光溢出纤芯，可以采用包层光剥离溢出纤芯的激发光来提高激光光束质量；此外，客户使用高功率光纤激光器时，往往会遇到激光反打进入光纤的问题，包层光剥离器件在一定程度上可以起到反馈光隔离作用。因此，光纤包层光的彻底剥离对高功率的光纤激光系统非常重要。

目前，包层光剥离技术主要分两类：第一种是高折射率胶涂覆法，主要针对外包层直接为低折射率涂覆层光纤，即采用较高折射率的涂覆胶替代一段原有涂覆层，减小光纤剥离段的包层数值孔径(NA)，从而实现包层光剥离；第二种是光纤包层表面改性法，即采用一定工艺对光纤包层的表面处理，改变包层光与包层外表面的夹角射角，使传播到光纤包层外表面时光发生漫反射或漫透射，例如机械刻蚀、激光刻蚀、化学试剂腐蚀等。

根据以上两种包层光剥离技术，为了实现均匀散热和高效剥离，衍射出多种具体的方案：

采用高折射率胶涂覆的方案：CN104297841A公开了一种双包层光纤包层功率剥离器，该剥离器通过调节重新涂覆于光纤包层外涂覆胶的折射率沿光纤轴向的递增分布，使包层光按孔径角的大小沿光纤轴向逐步、分散的剥离，该方案改善了剥离段热聚集的问题，提高了包层功率剥离器的功率耐受能力。但是，经试验该方案存在一些问题，即包层光中小孔径角的光很难被剥离。

采用光纤包层表面改性的方案：CN105204117A公开了一种高功率双包层光纤包层光剥离器装置及制作方法，将前一段包层腐蚀成相向锥形，锥形包层增大了所有包层光在包层外表面的夹角，因不满足全反射阈值而透射出包层。理论上该方案有很高的泄露比，但是工艺复杂，腐蚀程度很难把握，同时也会出现剥离热集中的问题，无法用于高功率包层光的剥离(虽然设置有水冷管，但是水冷管带走的只是器件整体的热量，无法集中对光纤某一小段进行降温。如果在光纤某一小段如相向锥形腐蚀段有很大功率的光泄露，这些光转换为热全部集中在这一小段，则无法很快传到到水冷板上，所以水冷管是很难迅速的将这段温度降低)。

还有一些将上述两种剥离技术混合使用的方案：CN105068181A公开了一种光纤包层光滤除器及其制作方法，在包层涂覆两段不同折射率胶之间留白一段，刻蚀其表面，第一段剥离大孔径角的包层光，剩余小孔径角包层光经过刻蚀段包层外表面时发生漫反射，孔径角发生改变，再经过第二段涂覆处时更容易被剥离，该方法虽提高了剩余小孔径角包层光的剥离比例。但是，因为经过刻蚀段包层光的孔径角是随机改变，一部分光孔径角未变大，进入到第二段涂覆段时不被剥离，故仍有较大比例的剩余小孔径角包层光不能被剥离，且该种滤除器在制作的过程中刻蚀的程度很难把握，使用时热量极易在刻蚀段聚集，造成局部高温。

发明内容