本發(fā)明涉及光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種光纖器件及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著光纖激光器的發(fā)展，其功率逐漸增高，然而，仍有兩個(gè)關(guān)鍵因素制約其發(fā)展：

第一，包層中包含著大功率雜散光，其中包括：⑴未被增益光纖有效吸收的殘余泵浦光，⑵光纖熔點(diǎn)處泄露的纖芯信號(hào)激光，⑶纖芯激光高階模在傳輸過(guò)程中因波導(dǎo)條件變化而發(fā)生的泄露等。對(duì)于千瓦級(jí)光纖激光器，包層中雜散光功率在200W左右。目前利用傳統(tǒng)工藝研制的包層光剝離器難以滿足千瓦級(jí)光纖激光器的研制需求。

加拿大ITF公司處于大功率光纖無(wú)源器件研發(fā)的全球領(lǐng)先地位，其相關(guān)產(chǎn)品僅能承受100W。其處理工藝僅僅是在光纖包層外涂覆相應(yīng)折射率的紫外固化膠，以破壞包層全反射條件，如說(shuō)明書附圖中圖2所示，然后將器件用高導(dǎo)熱性能材料封裝。

如說(shuō)明書附圖中圖3所示，其他消除包層全反射條件的處理工藝還包括：⑴用砂紙等粗糙材料打磨光纖表面，使之粗糙；⑵用氫氟酸腐蝕光纖包層，改變幾何尺寸，并且由于酸腐蝕作用，包層表面更加粗糙。

第二，纖芯中有高階模傳輸。目前大功率光纖激光器通常使用的光纖規(guī)格是20/400um NA0.06，歸一化頻率V＝3.04＞2.4，不是單模光纖，而是少模光纖。通常情況下，在同種規(guī)格的無(wú)源光纖中，基模與高階模之間的功率大概為8:2。若在諧振腔和功率放大階段進(jìn)行模式控制，那么在千瓦級(jí)輸出的情況下， 高階模功率應(yīng)在百瓦級(jí)。

高階模的存在有兩個(gè)弊端：⑴降低基模放大效率；⑵高階模發(fā)散角大于基模發(fā)散角，不利于輸出準(zhǔn)直。此外，如果用帶有金屬外殼的光纖端帽輸出，那么具有較大發(fā)散角的高階模會(huì)射到金屬內(nèi)壁，使端帽外殼變熱，破壞器件。

傳統(tǒng)高階模剔除采用光纖盤繞方式，入射端面上各點(diǎn)孔徑角不同，沿光纖彎曲方向由大變小。盤繞方式采用的光纖盤直徑通常不小于9cm，占用空間大，如說(shuō)明書附圖中圖4所示。

顯然，上述兩種器件，即包層光剝離器與光纖盤都無(wú)法滿足日益增加的激光器功率要求。

因此，提供一種能夠一體化的剝離光纖包層光和光纖纖芯中的高階模的光纖器件及其制作方法成為本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種光纖器件及其制作方法，可以將包層光剝離與纖芯激光高階模剔除一體化的光纖器件，實(shí)現(xiàn)提高包層光損耗系數(shù)、提高包層光剝離的功率損傷閾值、優(yōu)化纖芯激光光束質(zhì)量，適合作為大功率全光纖激光器級(jí)聯(lián)器件，或與光纖端帽集成。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光纖器件及其制作方法。其中，光纖器件制作方法包括如下步驟：

A.將由包層和光纖纖芯構(gòu)成的光纖的一端進(jìn)行高溫處理并拉錐；

B.對(duì)所述光纖的拉錐部分進(jìn)行TEC熱處理；

C.在所述光纖表面設(shè)置涂覆膠；

D.將所述光纖進(jìn)行散熱。

優(yōu)選的，步驟A中的高溫處理并拉錐方式為熔融拉錐。

優(yōu)選的，步驟B中設(shè)置的涂覆膠為折射率相同的同一種紫外固化膠。

優(yōu)選的，步驟B中設(shè)置的所述涂覆膠為折射率不同的至少兩種紫外固化膠并分段涂覆在所述光纖表面。

優(yōu)選的，步驟D中散熱方式為風(fēng)冷或熱沉封裝制冷。

本發(fā)明還提供一種光纖器件，由上述光纖器件制作方中的任意一種方法制成。

利用本發(fā)明所提供的光纖器件及其制作方法，可以一體化的進(jìn)行包層光剝離和纖芯激光高階模剔除，從而提高包層光損耗系數(shù)，提高包層光剝離的功率損傷閾值，優(yōu)化光纖纖芯激光光束質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為含有光纖纖芯、包層及涂覆層的光纖與光傳輸路徑示意圖；

圖2為僅涂覆高折射率涂覆膠的包層光剝離器及光傳輸路徑示意圖；

圖3為結(jié)合利用研磨或酸腐蝕方式的包層光剝離器及光傳輸路徑示意圖；

圖4為盤繞選模及光傳輸路徑示意圖；

圖5為經(jīng)熔融拉錐后的光纖與光傳輸路徑示意圖；

圖6為熔融拉錐后統(tǒng)一設(shè)置涂覆膠的光纖與光傳輸路徑示意圖；

圖7為熔融拉錐后分段涂覆不同折射率涂覆膠的光纖與光傳輸路徑示意圖；

圖8為經(jīng)熔融拉錐與TEC技術(shù)熱處理后的光纖與纖芯激光的傳輸示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明所提供的一種光纖器件及其制作方法，可以一體化的進(jìn)行包層光剝離和纖芯激光高階模剔除，從而提高包層光損耗系數(shù)，提高包層光剝離的功率損傷閾值，優(yōu)化光纖纖芯激光光束質(zhì)量，適合作為大功率全光纖激光器級(jí)聯(lián)器件，或與光纖端帽集成。該種光纖器件的制作方法具體步驟如下：

A.將由包層和光纖纖芯構(gòu)成的光纖的一端進(jìn)行高溫處理并拉錐，如果光纖除包層和光纖纖芯之外還在包層之外設(shè)置了其他包裹層如涂覆層，則將其他包裹曾剝離后進(jìn)行高溫處理并拉錐；本發(fā)明所用的高溫處理方法，其工藝不限，既可以是熔融拉錐，熔融拉錐的加熱方式可以是電阻絲加熱，電極放電加熱，CO2激光器加熱，也可是其他高溫加熱方式，另外高溫處理的工藝參數(shù)也不限，如加熱時(shí)間、加熱溫度或步進(jìn)電機(jī)位移量。光纖纖芯高階模信號(hào)光由于模場(chǎng)直徑變小而無(wú)法繼續(xù)傳播，由傳輸模變成輻射模進(jìn)入包層。包層雜光入射角增加，全反射條件被破壞，從而達(dá)到包層光剝離與光纖纖芯激光高階模剔除的功能。

B.對(duì)所述光纖的拉錐部分進(jìn)行TEC技術(shù)加熱，TEC技術(shù)加熱的方式也不限；隨著高溫處理并拉錐后，光纖纖芯直徑變小，纖芯激光基模功率損耗不斷增加。為了控制基模功率損耗，對(duì)光纖高溫處理并拉錐后再用TEC加熱技術(shù)對(duì)光纖拉錐部分進(jìn)行加熱，以達(dá)到光纖包層與光纖纖芯不同比例的變化效果。

C.在所述光纖表面設(shè)置涂覆膠；本文多提出的涂覆膠，可以是單一折射率的涂覆膠，也可以是不同折射率的兩種以上的涂覆膠，涂覆膠既可以選用紫外固化膠，也可以是其他用于光纖包層涂覆的常用涂覆膠，在使用不同折射率涂覆膠時(shí)，并在光纖上分段涂覆。

D.將所述光纖進(jìn)行散熱，散熱方式可以用液體制冷、風(fēng)冷等方式，也可以通過(guò)熱沉封裝制冷，可以提高本文所發(fā)明的光纖器件制作方法制出的光纖器件的損傷功率閾值。

本發(fā)明還提供根據(jù)上述制作方法得到光纖器件。

現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的光纖器件制作方法進(jìn)行描述。

在圖1～圖8中，1——光纖纖芯，2——光纖包層，3——光纖原低折涂覆層，4——包層雜光①，5——包層雜光②，6——包層雜光③，7——纖芯信號(hào)光，8——單一高折射率涂覆層，9——4的泄露光，10——5的泄露光，11——6的泄露光，12——光纖包層的粗糙表面，13——彎曲的光纖(纖芯)，14——光纖盤，15——因彎曲泄露的信號(hào)光，16——彎曲損耗后的信號(hào)光，17——熔融拉錐損耗后的信號(hào)光，18——熔融拉錐導(dǎo)致泄露的信號(hào)光①，19——熔融拉錐導(dǎo)致泄露的信號(hào)光②，20——18的泄露光，21——19的泄露光，22——分段涂覆的第一段涂覆層，23——分段涂覆的第二段涂覆層，24——分段涂覆的第三段涂覆層。

圖1所示為包含光纖纖芯1、光纖包層2還有在包層外設(shè)置涂覆層3的光纖，其光傳播路徑如圖所示，三束包層雜光4、5、6與信號(hào)光7都能分別在光纖包層2與纖芯1中無(wú)損耗傳輸。

首先將本實(shí)施例中的光纖原低折涂覆層3剝除。然后將僅含有光纖線芯和包層的光纖進(jìn)行熔融拉錐。熔融拉錐后的光纖及光傳輸路徑如圖5所示，光纖經(jīng)熔融拉錐后，光纖包層2與纖芯1都變小。

由圖5所示，光纖包層雜光在包層界面處的入射角變大。包層雜光4、6經(jīng)過(guò)多次反射后，由于不滿足全反射條件而泄露，分別是9與11。包層雜光5經(jīng)多次反射后仍能滿足全反射條件，因此未泄露。

由圖5所示，纖芯信號(hào)光7在逐漸變細(xì)的纖芯中傳輸，高階模向外泄露而產(chǎn)生輻射膜，分別是18與19，并在包層中傳輸。損耗后的信號(hào)光17繼續(xù)在纖芯中傳輸。從而達(dá)到剝離信號(hào)光高階模的目的。

為減少光纖纖芯信號(hào)光的損耗，需要減小光纖纖芯的拉錐比例，即光纖纖芯與光纖包層的拉錐比例不同。因?yàn)楣饫w在熔融拉錐過(guò)程中，纖芯與包層同比例變換，所以只能在熔融拉錐后再對(duì)纖芯進(jìn)行熱處理。TEC技術(shù)，是對(duì)光纖的一種熱處理技術(shù)，TEC熱處理加熱方式可以是電阻絲加熱，電極放電加熱，CO2激光器加熱，當(dāng)然也可以是其他TEC熱處理加熱方式，加熱過(guò)程可以是固定區(qū)域，也可以是往復(fù)運(yùn)動(dòng)。對(duì)光纖持續(xù)加熱，纖芯的摻雜離子受熱不斷向包層擴(kuò)散，增加纖芯直徑，在一定程度內(nèi)相當(dāng)于增加了纖芯的模場(chǎng)直徑。經(jīng)TEC技術(shù)處理的熔融拉錐光纖如圖8所示。光纖包層2直徑變小，光纖纖芯1直徑未發(fā)生變化。信號(hào)光7在光纖纖芯2中傳輸時(shí)未發(fā)生損耗或損耗未發(fā)生。

為了將包層中的雜光4、5、6與泄露出的高階模信號(hào)光18、19徹底剝除，在包層表面涂覆一定折射率的涂覆膠。圖6所示為涂覆同一種高折射率膠8的情況，本實(shí)施例中的涂覆膠為紫外固化膠。由于涂覆膠的折射率高于包層折射率，因此不存在全反射條件，可以將包層中的光全部剝除。由圖6所示，包層雜光4、5、6與泄露出的高階模信號(hào)光18、19在第一次入射到包層與涂覆膠的界面時(shí)，便全部被涂覆膠剝離，分別產(chǎn)生了9、10、11、20、21。本文所稱的涂覆膠，既可以是紫外固化膠，也可以是其他用于光纖涂覆的涂覆膠，本實(shí)施例中采用的涂覆膠為紫外固化膠。

涂覆同一種高折射率膠，包層光剝離功率密度大。為降低涂覆膠處的功率密度，采用分段涂覆多種涂覆膠的方法，如圖7所示。分段涂覆的涂覆層分別為22、23、24，且折射率逐漸變大，即n19<n20<n21。各涂覆層的長(zhǎng)度不限。與圖6相比，包層雜光4、5、6與泄露出的高階模信號(hào)光18、19分次被涂覆層剝離，分別產(chǎn)生了9、10、11、20、21。

將熱處理后的光纖封裝于熱沉中，使其散熱效率增高，用此方法制出的光纖器件的損傷功率閾值越高。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種光纖器件及其制作方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。