專利名稱：一種光纖及大功率光纖裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率光纖 ，尤其是涉及一種可濾除光纖包層中殘余光的光纖及大功率光纖裝置。
背景技術(shù)：
光纖是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而制成的光傳導(dǎo)工具，通常包括纖芯、包層和涂覆層。大功率光纖裝置在使用時(shí)，通常存在以下問題
1、大功率光纖泵浦能量及信號合束器件在高功率條件下使用，必須滿足承受功率大， 耦合效率高，損耗小的要求。即便如此，仍有部分光無法按照預(yù)期進(jìn)入輸出光纖的期望區(qū)域進(jìn)行傳輸，如信號光逃離纖芯而進(jìn)入內(nèi)包層、泵浦光逃離內(nèi)包層而進(jìn)入外包層。前者當(dāng)信號光進(jìn)入光纖的內(nèi)包層后，在單包層光纖中，這部分信號光又會(huì)進(jìn)入光纖的外包層，光被外包層材料吸收從而光纖產(chǎn)生熱量；后者當(dāng)泵浦光從光纖內(nèi)包層泄露到外包層時(shí)，同樣會(huì)在吸收光的外包層材料上產(chǎn)生大量的熱量。當(dāng)光功率達(dá)到百瓦以上級別時(shí)，泵浦合束器或信號合束器的輸出光纖外包層中的倏逝波所產(chǎn)生的熱量將使光纖溫度急劇上升到高達(dá)近百攝氏度或更高，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，惡劣情況下將導(dǎo)致光纖的斷裂和燃燒。因此限制了系統(tǒng)的光功率的增加，這個(gè)問題成為信號合束器和泵浦合束器的一大瓶頸。2、大功率光纖合束器在很高的功率條件下使用，難以避免會(huì)有來自輸出端的部分光功率反饋，反饋光將沿著器件返回到輸入端光纖，并且在輸入端光纖的外包層(或涂覆層)上轉(zhuǎn)化成熱，產(chǎn)生大量熱量使輸入端溫度迅速上升，影響產(chǎn)品性能及穩(wěn)定性，甚至對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生災(zāi)難性后果，限制功率的提升。3、在光纖激光器或放大器的應(yīng)用中，往往使用在具有高反射的金屬材料的焊接和切割領(lǐng)域，從金屬材料的反射光將進(jìn)入到光纖激光器或放大器中，這部分反射光大部分會(huì)進(jìn)入光纖激光器或放大器的輸出光纖的內(nèi)包層中，依照1項(xiàng)中說明的道理，進(jìn)入輸出光纖內(nèi)包層的光將消逝在外包層(或涂覆層)中從而產(chǎn)生熱量。4、在雙包層增益光纖大功率全光纖激光器以及大功率全光纖放大器工作過程中， 雙包層增益光纖中既存在被激發(fā)或放大的激光，也存在泵浦光，前者是我們所需要的，而從有源光纖尾部出來的剩余泵浦光將對激光光譜產(chǎn)生影響，為此需要濾除剩余泵浦光，根據(jù)同樣的道理，這部分剩余泵浦光會(huì)在單包層光纖或者剩余泵浦光濾除器中產(chǎn)生大量的熱， 從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性的降低?，F(xiàn)有解決泵浦剩余光問題的方法有制作光纖光柵、涂高折射率材料或者拉錐處理等方法，但在功率較大的情況下，上述方法將產(chǎn)生較大熱量，光纖附近局部發(fā)熱嚴(yán)重，對散熱系統(tǒng)要求高。因此，光纖中剩余泵浦光的發(fā)熱問題成為業(yè)內(nèi)亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題之一。顯然，光纖包層中殘余光產(chǎn)生的熱量對大功率光纖裝置造成了很大的影響。目前解決方法主要是在發(fā)熱區(qū)域進(jìn)行機(jī)械散熱，但由于發(fā)熱距離比較長，散熱十分困難，效果很差，而且系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會(huì)變得很復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)采用機(jī)械散熱的方式來解決光纖包層中殘余光產(chǎn)生的熱量的問題，存在效果差，且系統(tǒng)復(fù)雜的技術(shù)問題，提供了一種光纖及大功率光纖裝置。為解決上述技術(shù)問題，本 發(fā)明采用的技術(shù)方案為設(shè)計(jì)一種光纖，包括位于光纖表面的外層，所述光纖還包括設(shè)置在所述光纖外層外且導(dǎo)光的導(dǎo)光介質(zhì)，且所述導(dǎo)光介質(zhì)的折射率大于所述外層的折射率。所述光纖包括由內(nèi)至外設(shè)置的纖芯和包層，所述外層為所述包層。所述光纖包括由內(nèi)至外設(shè)置的纖芯、包層和涂覆層，所述外層為涂覆層。所述導(dǎo)光介質(zhì)與所述光纖的外層之間還設(shè)置有折射率匹配介質(zhì)，且所述折射率匹配介質(zhì)的折射率大于所述外層的折射率，小于所述導(dǎo)光介質(zhì)的折射率。本發(fā)明還提供了一種大功率光纖裝置，所述大功率光纖裝置具有上述的光纖。本發(fā)明通過在光纖的外層外設(shè)置導(dǎo)光的導(dǎo)光介質(zhì)，且使導(dǎo)光介質(zhì)的折射率大于外層的折射率，從而將進(jìn)入外層的殘余光導(dǎo)入到導(dǎo)光介質(zhì)中，從而使得進(jìn)入外層的殘余光不會(huì)在光纖的外層(包層或涂覆層)或其周圍發(fā)熱，具有插入損耗低、封裝尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，其中 圖1是本發(fā)明光纖實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)原理圖2是圖1中A-A’及B-B’剖面折射率分布構(gòu)造及光纖中光功率分布圖； 圖3是本發(fā)明大功率光纖裝置的一實(shí)施例結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用的技術(shù)方案是用折射率匹配的方法將進(jìn)入光纖包層或涂覆層的的殘余光導(dǎo)入到其他導(dǎo)光材料之中而不在光纖或光纖周圍發(fā)熱，進(jìn)入該導(dǎo)光材料的光可在材料中逐漸發(fā)熱消除，也可在材料邊緣處接觸其他物體被吸收而轉(zhuǎn)化為熱量，也可通過散射而進(jìn)入到空間。從而在光纖或光纖周圍不集中發(fā)熱、或者發(fā)熱量極小，從而使這個(gè)部件均勻發(fā)熱。請參見圖1。本發(fā)明實(shí)施例一光纖11包括纖芯13、包層12、折射率匹配介質(zhì)14和導(dǎo)光介質(zhì)16。其中
光纖11可為單包層光纖，也可為雙包層光纖等。在本具體實(shí)施例中，光纖11為單包層光纖。光纖可以是大功率光纖泵浦合束器、信號合束器中的輸入或輸出光纖，還可以是大功率全光纖激光器或大功率全光纖放大器的輸出端光纖。在本具體實(shí)施例中，包層12為位于光纖表面的外層，導(dǎo)光的導(dǎo)光介質(zhì)設(shè)置在所述包層外，且所述導(dǎo)光介質(zhì)的折射率大于所述包層的折射率。所述光纖在設(shè)置有導(dǎo)光介質(zhì)以外區(qū)域的包層外還可設(shè)置有涂覆層，涂覆層主要起保護(hù)光纖的作用，可為加強(qiáng)用的樹脂涂層。纖芯13、包層12、折射率匹配介質(zhì)14、導(dǎo)光介質(zhì)16由內(nèi)至外依次設(shè)置。折射率匹配介質(zhì)14和導(dǎo)光介質(zhì)16均由導(dǎo)光材料制成，主要用于將進(jìn)入包層的殘余光導(dǎo)出。各層之間的折射率關(guān)系為外層 < 折射率匹配介質(zhì) < 導(dǎo)光介質(zhì)。設(shè)置折射率匹配介質(zhì)的目的是為使光纖包層與導(dǎo)光介質(zhì)良好接觸，利用在光纖包層與導(dǎo)光介質(zhì)兩者之間使用折射率匹配介質(zhì)作為過渡，將光纖包層中的殘余光從光纖包層 (內(nèi)包層或外包層)中導(dǎo)出，導(dǎo)出來的光被進(jìn)一步導(dǎo)入到另一種導(dǎo)光介質(zhì)中。所述折射率匹配介質(zhì)可以是液體、固體、粘性物質(zhì)、膠等有助于導(dǎo)光的過渡物質(zhì)。包層、折射率匹配介質(zhì)和導(dǎo)光介質(zhì)之間接觸良好，以便于導(dǎo)光。導(dǎo)光介質(zhì)可以是液體、固體或粘性物質(zhì)等導(dǎo)光材料。殘余光15在光纖包層12中傳輸，在光纖包層12與折射率匹配介質(zhì)14接觸處，由于折射率匹配介質(zhì)的折射率大于光纖包層的折射率，光纖包層導(dǎo)光條件被破壞，殘余光15 將折射進(jìn)入折射 率匹配介質(zhì)14中，同樣由于導(dǎo)光介質(zhì)16的折射率大于折射率匹配介質(zhì)14 的折射率，殘余光從折射率匹配介質(zhì)14被進(jìn)一步導(dǎo)入到導(dǎo)光介質(zhì)16中。當(dāng)光纖11與折射率匹配介質(zhì)14接觸長度足夠長時(shí)，包層12中的殘余光15都將被導(dǎo)出，從而可濾除光纖包層中殘余光。當(dāng)然，還可以實(shí)施例一做各種變形，如，在光纖的包層外設(shè)置涂覆層，并將涂覆層作為位于光纖表面的外層，導(dǎo)光的導(dǎo)光介質(zhì)設(shè)置在所述涂覆層外，且所述導(dǎo)光介質(zhì)的折射率大于所述涂覆層的折射率。也就是說，如果在包層12與匹配介質(zhì)14之間還有光纖的涂覆層，且光存在于這個(gè)涂覆層中，那么通過折射率匹配介質(zhì)14同樣可以將涂覆層中的光導(dǎo)出，進(jìn)而導(dǎo)入到導(dǎo)光介質(zhì)16中。請一并參見圖2。圖2表示圖1中A-A’及B_B’剖面折射率分布構(gòu)造及光纖中光功率分布。關(guān)于A-A’剖面，光纖纖芯13及包層12同時(shí)為導(dǎo)模，光功率既存在于纖芯13也存在于包層12。關(guān)于B-B’剖面，由上述折射率關(guān)系可知，光纖包層12導(dǎo)模結(jié)構(gòu)被破壞，從而光功率被導(dǎo)到折射率較高的折射率匹配介質(zhì)14中，并進(jìn)一步被導(dǎo)入導(dǎo)光介質(zhì)16中。整個(gè)過程，光纖包層12中殘余光15已被導(dǎo)出而光纖纖芯13傳導(dǎo)模式并未受到破壞。請參見圖3。該圖表示了本發(fā)明光纖應(yīng)用于大功率光纖裝置的結(jié)構(gòu)，在本具體實(shí)施例中，大功率光纖裝置為7X1光纖泵浦合束器。7X1光纖泵浦合束器32的輸入端光纖31 為單包層光纖，纖芯105um、包層125um、數(shù)值孔徑0. 15，輸出端光纖33為單包層光纖，纖芯 200um、包層220um、數(shù)值孔徑0. 22，圖中未示出輸入光纖31及輸出光纖33的纖芯，平均泵浦耦合效率約95%。合束器的輸入光纖31及輸出光纖33都通過折射率匹配介質(zhì)固定于導(dǎo)光介質(zhì)34、導(dǎo)光介質(zhì)35上，通過折射率匹配介質(zhì)將輸入及輸出光纖中多余的光導(dǎo)出并導(dǎo)入到導(dǎo)光介質(zhì)34、導(dǎo)光介質(zhì)35中。在本實(shí)例中，測試環(huán)境溫度28°C，合束器7個(gè)輸入端單腳注入25W，總共注入175W泵浦光后，輸入端光纖溫度在30°C以內(nèi)，輸出端光纖溫度在40°C左右ο當(dāng)然，還可以在一雙包層光纖上對內(nèi)包層使用折射率匹配方案制作泵浦光濾除器件，導(dǎo)出內(nèi)包層泵浦光。所述雙包層光纖纖芯為25um，內(nèi)包層為250um。泵浦光為915nm的多模半導(dǎo)體激光，在泵浦滿注入情況下，通過所述雙包層光纖泵浦光濾除器件后，內(nèi)包層中泵浦光功率損耗達(dá)到20dB以上(99%的泵浦光被導(dǎo)出)，無水冷情況下注入泵浦光功率可達(dá) 50W以上，可用于光纖激光器剩余光的濾除或者外部反射光的濾除。本發(fā)明圖1中的光纖可采用如下方法制作
(1)在所述光纖中部剝?nèi)ゲ糠滞扛矊樱瑢⒙冻龅陌鼘忧鍧嵏蓛?。涂覆層的長度根據(jù)所要達(dá)到的濾光程度設(shè)定。(2)將露出并清潔干凈的包層與導(dǎo)光材料緊密接觸，在兩者之間涂上折射率匹配介質(zhì)，即可完成本發(fā)明光纖的制作。
本發(fā)明通過在光纖的外層(如包層或涂覆層)外設(shè)置導(dǎo)光的導(dǎo)光介質(zhì)，且使導(dǎo)光介質(zhì)的折射率大于外層的折射率，從而將進(jìn)入外層的殘余光導(dǎo)入到導(dǎo)光介質(zhì)中，從而使得進(jìn)入外層的殘余光不會(huì)在光纖的外層或其周圍發(fā)熱，具有插入損耗低、封裝尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明在光纖中存在的光的波長為700rniT2500nm。以上所述僅為 本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖，包括位于光纖表面的外層，其特征在于所述光纖還包括設(shè)置在所述光纖外層外且導(dǎo)光的導(dǎo)光介質(zhì)，且所述導(dǎo)光介質(zhì)的折射率大于所述外層的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述光纖包括由內(nèi)至外設(shè)置的纖芯和包層，所述外層為所述包層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于所述光纖包括由內(nèi)至外設(shè)置的纖芯、包層和涂覆層，所述外層為涂覆層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的光纖，其特征在于所述導(dǎo)光介質(zhì)與所述光纖的外層之間還設(shè)置有折射率匹配介質(zhì)，且所述折射率匹配介質(zhì)的折射率大于所述外層的折射率，小于所述導(dǎo)光介質(zhì)的折射率。
5.一種大功率光纖裝置，其特征在于所述大功率光纖裝置具有權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖，旨在提供一種散熱好，結(jié)構(gòu)簡單的光纖，其包括位于光纖表面的外層，所述光纖還包括設(shè)置在所述光纖外層外且導(dǎo)光的導(dǎo)光介質(zhì)，且所述導(dǎo)光介質(zhì)的折射率大于所述外層的折射率。本發(fā)明還公開了一種具有上述光纖的大功率光纖裝置。本發(fā)明可用于大功率光纖器件。
文檔編號G02B6/02GK102331600SQ201110314069
公開日2012年1月25日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者朱學(xué)文, 林慶典, 潘勇, 董杰 申請人:深圳朗光科技有限公司