一种光纤包层光剥离器

1.本实用新型应用于光纤激光器件领域，具体是一种光纤包层光剥离器。


背景技术：

2.随着半导体激光器的发展，高功率光纤激光器因为具有光束质量好、转换效率高、结构紧凑等优点被广泛应用到工业、医疗、军事等领域。双包层光纤可以有效提高光纤激光器的输出功率，主要由纤芯、内包层、外包层以及涂覆层组成。纤芯折射率高于内包层，内包层折射率高于外包层。泵浦光在内包层中传输，在内包层和外包层的界面处发生全反射。纤芯中掺杂了增益稀土元素，当内包层泵浦光耦合进纤芯时，会使纤芯的稀土元素产生受激辐射激光，激光作为信号光只在纤芯中传播，在纤芯与内包层的界面发生全反射。
3.包层泵浦光在双包层光纤中扮演着十分重要的角色，但相对于信号光而言，包层光属于无用光，在起到泵浦作用后需要及时剥除。随着包层光功率的不断提高，如果不及时有效地剥除包层光，它不仅会干扰输出信号光，严重时还会引起光纤发热，使光纤激光器面临烧毁的危险。因此研制高效安全，结构简单的光纤包层光剥离器尤为重要。
4.专利cn205333909u提出在光纤内包层外镀折射率高于内包层的一层或多层薄膜来破坏全反射条件，从而将包层光折射到内包层外。该专利中剥离器的制造方式与本实用新型类似，均为镀膜，但该专利中的膜层仅为简单的单层膜层，或多层折射率依次增高膜层的简单堆叠，无法实现对包层光能量的控制，使用在内包层外镀膜的方法虽然可以改善发热，但由于该方法中膜层的结构较为简单，仅仅为单层膜或折射率依次升高的多层膜结构，无法实现对包层光能量的提取与再分配。
5.专利cn210517314u提出同时使用若干个剥离器对包层光进行剥离，每个剥离器剥除一部分包层光，以避免剥离器前段急剧升温。该专利分段剥除包层光的思路与本实用新型实施例二、三类似，但该专利使用的剥离器为高折射胶涂覆式包层剥离器，剥除原理与本实用新型不同。在内包层外涂覆高折射率材料的方法有缺陷：普遍使用的高折射率材料通常是胶水，由于胶水的耐热性较差，所以当包层光在初始阶段大量透射至胶水时会引起局部高温，这导致剥离器温度不均匀，光纤特性下降，严重时甚至会烧毁光纤。
6.专利cn212366412u同样提出级联多个包层光剥离器分阶段导出包层光的方式，但该专利中剥离器的类型为腐蚀型剥离器，与本实用新型原理及制造方式均不同。利用化学药品腐蚀或激光刻蚀破坏内包层表面平整度的方法工艺难度较高，生产成本及良品率难以控制，所以该方法在生产上具有一定的局限性。
7.总之，现有专利要么是在内包层外涂覆高折射率材料破坏全反射条件，将包层光折射出内包层，要么是利用化学药品腐蚀或激光刻蚀破坏内包层表面平整度，将包层光散射出内包层。


技术实现要素：

8.本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种光纤包层光剥
离器。
9.为解决上述技术问题，本实用新型的一种光纤包层光剥离器，包括双包层光纤，所述双包层光纤的预设段涂覆层和外包层被剥除并裸露内包层，所述预设段的内包层表面由内至外依序镀有能量提取层和能量吸收层；
10.射入所述内包层的包层光在传输过程中保持一部分经能量提取层反射回内包层继续传输而另一部分经能量提取层透射至能量吸收层被吸收剥离。
11.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述能量提取层为高反膜。
12.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述能量提取层由分段首尾连接的高反膜和分光膜组成。
13.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述能量提取层中高反膜和分光膜沿包层光的入射方向依序排列。
14.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述分光膜的数量大于等于二。
15.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述高反膜和分光膜均由多层单层膜组成。
16.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述能量吸收层末端加厚包设于能量提取层末端。
17.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述单层膜至少包括ta2o5、hfo2、tio2、zro2、al2o3中的一种。
18.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述能量吸收层由单层或多层吸收材料组成。
19.作为一种可能的实施方式，进一步的，所述吸收材料至少包括非晶硅、碳、铟、锡、铝、金中的一种。
20.一种光纤包层光剥离器制造方法，其包括如下步骤：
21.利用化学腐蚀或机械剥除将双包层光纤的预设段的涂覆层和外包层剥离，暴露该段光纤的内包层并进行清洁；
22.将清洁后的光纤暴露在外，进行能量提取层镀膜操作；
23.镀完能量提取层所有膜层后，将能量提取层暴露在外，在能量提取层外进行能量吸收层镀膜操作；
24.其中，所述能量提取层及能量吸收层镀膜操作至少包括电子束蒸发、离子束辅助沉积、磁控溅射中的一种。
25.本实用新型采用以上技术方案，具有以下有益效果：本实用新型则为基于光干涉原理，通过光学薄膜的形式控制包层光在内包层与膜堆交界面的透射率，进而对包层光能量进行提取与再分配。为改善剥离器使用胶水时温升严重的问题，本实用新型利用多种结构不同的膜层，可实现对包层光能量的提取与再分配，避免包层光在局部大量导出，从而使热量较为均匀的分散。同时为了避免使用化学药品腐蚀或激光刻蚀这种工艺难度高的方法，本实用新型采取了镀膜的方式来制作包层光剥离器。光学薄膜的制备技术现阶段已较为成熟，相比化学腐蚀的方法更加环保，相比激光刻蚀的方法具有较为简单的生产流程，可以降低生产难度。
附图说明
26.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明：
27.图1为本实用新型原理结构示意图；
28.图2为本实用新型实施例1结构示意图；
29.图3为本实用新型实施例1高反膜膜系结构和包层光反射率示意图；
30.图4为本实用新型实施例2结构示意图；
31.图5为本实用新型实施例2高反膜膜系结构和包层光反射率示意图；
32.图6为本实用新型实施例2分光膜1膜系结构和包层光反射率示意图；
33.图7为本实用新型实施例2分光膜2膜系结构和包层光反射率示意图；
34.图8为本实用新型实施例3结构示意图；
35.图9为本实用新型实施例3高反膜膜系结构和包层光反射率示意图；
36.图10为本实用新型实施例3分光膜1膜系结构和包层光反射率示意图；
37.图11为本实用新型实施例3分光膜2膜系结构和包层光反射率示意图；
38.图12为本实用新型实施例3分光膜3膜系结构和包层光反射率示意图；
39.图13为本实用新型实施例3分光膜4膜系结构和包层光反射率示意图；
40.图14为本实用新型实施例4结构示意图。
具体实施方式
41.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
42.如图1所示，在本实用新型中，能量提取层200为高反膜201或高反膜201与分光膜202的组合。当包层光传输至高反膜覆盖段时，大量包层光被反射回光纤内包层，仅有少部分包层光可透射至能量吸收层被吸收。随着光线的传输，包层光会在内包层界面处发生多次反射，能量被均匀导出，因此不会引起剧烈温升。若要进一步提升包层光剥除的均匀性，可使用分段镀膜的方式：前段镀高反膜，后段镀分光膜。随着包层光在高反膜覆盖段的多次反射并被部分吸收，包层光的总能量逐渐降低。在传输至分光膜覆盖段时，包层光透射率得到提升，可以将剩余的包层光尽可能全部导出至能量吸收层并吸收。
43.实施例1
44.如图2所示，其中101-纤芯102-内包层103-外包层104-涂覆层200-能量提取层201-高反膜300-能量吸收层，本实用新型提供了一种光纤包层光剥离器，包括双包层光纤，所述双包层光纤的预设段涂覆层104和外包层103被剥除并裸露内部含有纤芯101的内包层102，所述预设段的内包层102表面由内至外依序镀有能量提取层200和能量吸收层300；射入所述内包层102的包层光在传输过程中保持一部分经能量提取层200反射回内包层102继续传输而另一部分经能量提取层200透射至能量吸收层300被吸收剥离。所述能量提取层200为高反膜201。所述高反膜201由多层单层膜组成。所述能量吸收层300由单层或多层吸收材料组成。该实施例使用的光纤内包层直径为250μm，na》0.46，泵浦光波长976nm。能量提取层为单段高反膜，长度为6cm。使用的单层膜为hfo2和sio2。能量吸收层为金属铝。高反膜201由5层单层膜组成，对泵浦光反射率为90％左右。图3为其膜系结构和包层光入射角度为72
°
、80
°
、85
°
时的反射率，可以看到该膜系可以保证不同传输角度下的976nm包层光反射率
均为90％左右。
45.实施例2
46.如图4所示，其中101-纤芯 102-内包层 103-外包层 104-涂覆层 200-能量提取层 201-高反膜 202-分光膜1 203-分光膜2 300-能量吸收层；
47.一种光纤包层光剥离器，包括双包层光纤，所述双包层光纤的预设段涂覆层104和外包层103被剥除并裸露内部含有纤芯101的内包层102，所述预设段的内包层102表面由内至外依序镀有能量提取层200和能量吸收层300；射入所述内包层102的包层光在传输过程中保持一部分经能量提取层200反射回内包层102继续传输而另一部分经能量提取层200透射至能量吸收层300被吸收剥离。所述能量提取层200由分段首尾连接的高反膜201和分光膜202、203组成。所述能量提取层200中高反膜201和分光膜202、203沿包层光的入射方向依序排列。所述分光膜的数量大于等于二。所述高反膜201和分光膜202、203均由多层单层膜组成。
48.在实施例一的基础上，为了提高包层光剥除的均匀性，该实施例能量提取层分为三段，每段长度2cm。能量提取层的第一段为高反膜，后两段为分光膜，对包层光的反射率依次降低。高反膜和分光膜使用的高折射率材料为tio2，低折射率材料为sio2。能量吸收层使用的材料为碳。
49.高反膜由11层单层膜组成，对泵浦光的反射率为90％左右，图5为膜系结构和包层光入射角度为72
°
、80
°
、85
°
时的反射率，可以看到该膜系可以保证不同传输角度下的976nm包层光反射率均为90％左右。
50.分光膜1由5层单层膜层组成，对泵浦光的反射率为70％左右，图6为膜系结构及不同角度下泵浦光的反射率。
51.分光膜2由3层单层膜组成，对泵浦光的反射率为50％左右。图7为膜系结构及不同角度下泵浦光的反射率。该实施例将包层光分三段剥除，相比实施例一剥除得更加均匀。
52.实施例3
53.如图8所示，其中101-纤芯 102-内包层 103-外包层 104-涂覆层 200-能量提取层 201-高反膜 202-分光膜1 203-分光膜2 204-分光膜 3205-分光膜4 300-能量吸收层；
54.一种光纤包层光剥离器，包括双包层光纤，所述双包层光纤的预设段涂覆层104和外包层103被剥除并裸露内部含有纤芯101的内包层102，所述预设段的内包层102表面由内至外依序镀有能量提取层200和能量吸收层300；射入所述内包层102的包层光在传输过程中保持一部分经能量提取层200反射回内包层102继续传输而另一部分经能量提取层200透射至能量吸收层300被吸收剥离。所述能量提取层200由分段首尾连接的高反膜201和分光膜202、203、204、205组成。所述能量提取层200中高反膜201和分光膜202、203、204、205沿包层光的入射方向依序排列。所述分光膜的数量大于等于二。所述高反膜201和分光膜202、203、204、205均由多层单层膜组成。所述能量吸收层300由单层或多层吸收材料组成。
55.在实施例一、二的基础上，为了进一步提高包层光剥除的均匀性，该实施例将能量提取层分为五段，每段长度1cm。能量提取层的第一段为高反膜，后四段为分光膜，对包层光的反射率依次降低。高反膜和分光膜使用的高折射率材料为ta2o5，低折射率材料为sio2。能量吸收层使用的材料为α-si。
56.其中，高反膜由7层单层膜组成，对泵浦光的反射率为90％左右，图9为膜系结构及
不同角度下泵浦光的反射率。
57.分光膜1由7层单层膜组成，对泵浦光的反射率为80％左右，图10为膜系结构及不同角度下泵浦光的反射率。
58.分光膜2由7层单层膜组成，对泵浦光的反射率为70％左右，图11为膜系结构及不同角度下泵浦光的反射率。
59.分光膜3由7层单层膜组成，对泵浦光的反射率为60％左右，图12为膜系结构及不同角度下泵浦光的反射率。
60.分光膜4由5层单层膜组成，对泵浦光的反射率为50％左右，图13为膜系结构及不同角度下泵浦光的反射率。
61.该实施例将包层光分为五段剥除，相比实施例一和实施例二剥除得更加均匀。
62.实施例4
63.如图14所示，其中101-纤芯 102-内包层 103-外包层 104-涂覆层 200-能量提取层 201-高反膜 202-分光膜1 203-分光膜2 204-分光膜3 205-分光膜4 300-能量吸收层；
64.一种光纤包层光剥离器，包括双包层光纤，所述双包层光纤的预设段涂覆层104和外包层103被剥除并裸露内部含有纤芯101的内包层102，所述预设段的内包层102表面由内至外依序镀有能量提取层200和能量吸收层300；射入所述内包层102的包层光在传输过程中保持一部分经能量提取层200反射回内包层102继续传输而另一部分经能量提取层200透射至能量吸收层300被吸收剥离。所述能量提取层200由分段首尾连接的高反膜201和分光膜202、203、204、205组成。所述能量提取层200中高反膜201和分光膜202、203、204、205沿包层光的入射方向依序排列。所述分光膜的数量大于等于二。所述高反膜201和分光膜202、203、204、205均由多层单层膜组成。所述能量吸收层300末端加厚包设于能量提取层200末端。
65.在上述实施例的基础上，可以将能量吸收层300末端加厚包设于能量提取层200末端，将经过前面若干段膜层后仍然残余的包层光进一步剥除，尽可能保证将所有包层光全部剥除。
66.以实施例三为例，包层光经过五段能量提取层和能量吸收层的组合后大部分被剥除，但可能还有极少量残余包层光，最后一段厚度较厚的能量吸收层可以将残余包层光吸收，这样可以在保证剥离器均匀剥除包层光的同时还有较高的剥除效率。
67.一种光纤包层光剥离器制造方法，其包括如下步骤：
68.(1)利用化学腐蚀或机械剥除的方法将双包层光纤的一段涂覆层和外包层剥掉，使该段光纤的内包层暴露在外，然后清洁该段光纤。
69.(2)将清洁后的光纤暴露在外，使用包括但不限于电子束蒸发、离子束辅助沉积、磁控溅射的镀膜方法对该段光纤镀膜。若能量提取层有若干段不同的膜层，则覆盖光纤后段，仅将光纤第一段暴露在外，镀膜完成后改变光纤暴露在外的位置，采用同样的方法对能量提取层的第二段、第三段等依次镀膜。
70.(3)镀完能量提取层所有膜层后，将能量提取层全部暴露在外，然后在能量提取层外再镀一定厚度的吸收膜层。
71.以上所述为本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下凡依本实用新型申请专利范围所
做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本实用新型的涵盖范围。