表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法

摘要

本公开提供了一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法，其中制备装置包括：反应筒、固定架、注入孔和流量计；反应筒底端设有连接孔，待腐蚀光纤穿过连接孔，且与反应筒底端密封连接；待腐蚀光纤与固定架连接；注入孔设置在反应筒上；装有腐蚀液的容器通过管路与注入孔相连，将腐蚀液注入反应筒中，管路上还设置有流量计。本公开提供的渐变腐蚀装置根据待腐蚀光纤剥离区间内，沿激光传输方向，包层表面的腐蚀时间沿待腐蚀光纤轴向连续地由小增大，对应包层表面的结晶体颗粒密度逐渐增大，以实现包层光散射率逐渐增大的效果。

权利要求

1.一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置，包括：反应筒，所述反应筒底端设有连接孔，待腐蚀光纤穿过所述连接孔，且与所述反应筒底端密封连接；

其特征在于，所述表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置还包括：固定架，所述待腐蚀光纤与所述固定架连接；

注入孔，所述注入孔设置在所述反应筒上；装有腐蚀液的容器通过管路与所述注入孔相连，将腐蚀液注入所述反应筒中；

流量计，设置在装有腐蚀液的容器与所述注入孔相连的管路上。

2.根据权利要求1所述的制备装置，所述注入孔设置在所述反应筒侧壁下端，腐蚀液由反应筒下端注入。

3.根据权利要求1所述的制备装置，所述注入孔设置在所述反应筒侧壁上端，腐蚀液由反应筒上端注入。

4.根据权利要求1所述的制备装置，所述流量计包括蠕动泵和/或耐酸碱腐蚀的流量计。

5.一种表面渐变散射型包层光功率剥离器的制备方法，包括：步骤A：将待腐蚀光纤中间段涂覆层剥除，露出裸纤段；步骤B：待腐蚀光纤的两端通过固定架夹持置于反应筒中，使待腐蚀光纤与反应筒平行且不与反应筒碰触；

其特征在于，所述制备方法还包括：

步骤C：装有腐蚀液的容器通过管路与注入孔相连，将腐蚀液注入反应筒中；

步骤D：通过流量计控制注入反应筒内的腐蚀液流量，控制腐蚀液在反应筒内上升的速度，沿激光传输方向，使待腐蚀光纤剥离区间内的包层表面的腐蚀时间连续地由小增大，包层表面的结晶体颗粒密度逐渐变大。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其中步骤D中，腐蚀液注入流量恒定，腐蚀时间沿光纤轴向做线性变化，或腐蚀液注入流量随时间变化，腐蚀时间沿光纤轴向做非线性变化。

说明书

表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法

技术领域

[0001] 本公开涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法。

背景技术

[0002] 包层泵浦技术实现了数千瓦级光纤激光输出。但是激光放大器输出级末端的残余泵浦光降低了光纤激光器输出光束质量。更为严重的是，残余泵浦光在相邻功率级之间传输时，会对激光系统中相邻功率级之间的无源器件产生额外的热负载，危害无源器件的稳定工作。此外，高功率光纤激光器广泛应用于激光加工领域。当光纤激光作用于待加工材料表面时，材料表面大量的散射光会耦合进入输出光纤的内包层，并沿输出光纤反向传输，对激光系统中的光纤器件以及泵浦激光二极管产生危害，因此包层光功率剥离器是高功率激光传输光缆中的必要组成单元。综上，包层光功率剥离器在全光纤激光系统及其应用中不可或缺，是优化全光纤激光器的输出光束质量及保证激光系统高功率运转可靠性的核心器件。包层光滤除造成的器件热负载是包层光功率剥离器的核心问题。

[0003] 包层光功率剥离器的研究则是以制备方法和结构设计的改进为手段，目标获得具有低温升性能的剥离器。目前常用的方法是基于涂覆高折射率聚合物的方法制备，但是高折射率聚合物固有的导热性能差，热损伤阈值低等缺陷，限制了这种方法的高功率应用。

[0004] 基于化学表面改性的方法制备表面散射型剥离器最易实施，并且制备过程中不引入热损伤介质，极大提高了剥离器的滤除功率水平。利用化学试剂可侵蚀裸露出来的包层表面，侵蚀过程是一种化学反应结晶过程。在剥离区间上常采用均匀腐蚀结构设计，其缺陷在于不能兼顾器件的温升均匀性和功率衰减性能。当腐蚀时间偏大，光纤表面的散射结晶体颗粒密度较大时，虽然可实现很高的功率衰减性能，但是包层光会在极短的距离内大量泄漏，容易产生局部热效应，器件表面温升剧烈。当腐蚀时间偏小，光纤表面的散射结晶体颗粒密度较小时，包层光沿剥离区轴向缓慢滤除，虽然器件温升降低，但是相同长度下滤除功率量大幅下降。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 本公开提供了一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

[0007] (二)技术方案

[0008] 根据本公开的一个方面，提供了一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置包括：反应筒，反应筒底端设有连接孔，待腐蚀光纤穿过连接孔，且与反应筒底端密封连接；固定架，待腐蚀光纤与固定架连接；注入孔，注入孔设置在反应筒上；装有腐蚀液的容器通过管路与注入孔相连，将腐蚀液注入反应筒中；流量计，设置在装有腐蚀液的容器与注入孔相连的管路上。

[0009] 在本公开一些具体实施例中，注入孔设置在反应筒侧壁下端，腐蚀液由反应筒下端注入。

[0010] 在本公开一些具体实施例中，注入孔殴置在反应筒侧壁上端，腐蚀液由反应筒上端注入。

[0011] 在本公开一些具体实施例中，流量计包括蠕动泵和/或耐酸碱腐蚀的流量计。

[0012] 根据本公开的另一个方面，提供了一种表面渐变散射型包层光功率剥离器的制备方法包括：步骤A：将待腐蚀光纤中间段涂覆层剥除，露出裸纤段；步骤B：待腐蚀光纤的两端通过固定架夹持置于反应筒中，使待腐蚀光纤与反应筒平行且不与反应筒碰触；步骤C：装有腐蚀液的容器通过管路与注入孔相连，将腐蚀液注入反应筒中；步骤D：通过流量计控制注入反应筒内的腐蚀液流量，控制腐蚀液在反应筒内上升的速度，沿激光传输方向，使待腐蚀光纤剥离区间内的包层表面的腐蚀时间连续地由小增大，包层表面的结晶体颗粒密度逐渐变大。

[0013] 在本公开一些具体实施例中，步骤D中，腐蚀液注入流量恒定，腐蚀时间沿光纤轴向做线性变化，或腐蚀液注入流量随时间变化，腐蚀时间沿光纤轴向做非线性变化。

[0014] (三)有益效果

[0015] 从上述技术方案可以看出，本公开表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

[0016] (1)本公开提供的表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置根据待腐蚀光纤剥离区间内，沿激光传输方向，包层表面的腐蚀时间沿待腐蚀光纤轴向连续地由小增大，对应包层表面的结晶体颗粒密度逐渐增大，以实现包层光散射率逐渐增大的效果。

[0017] (2)由于包层光中高数值孔径的光与包层表面的作用距离周期小，小数值孔径光与包层表面的作用距离周期大，随着残余包层光的数值孔径沿激光传输方向不断下降，通过逐渐增大包层表面的散射率，可实现包层光沿光纤轴向均匀散射的目的。

[0018] (3)本公开提供的表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置可以兼顾器件的温升性能和功率衰减性能。

[0019] (4)本公开提供的表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置中，通过流量计对注入反应筒内的腐蚀液流量进行控制，进而控制腐蚀液在反应筒内的上升速度以及对应产生不同的腐蚀时间梯度，以此达到连续调控腐蚀时间沿轴向变化的快慢程度，实现表面渐变散射型包层光功率剥离器的制备。

附图说明

[0020] 图1为本公开实施例表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置中下端注入型渐变腐蚀装置的结构示意图。

[0021] 图2为根据图1制备的剥离器的包层腐蚀时间沿轴向变化曲线。

[0022] 图3为本公开实施例表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置中上端注入型渐变腐蚀装置的结构示意图。

[0023] 图4为根据图3制备的剥离器的包层腐蚀时间沿轴向变化曲线。

[0024] 图5为本公开实施例中不同腐蚀时间的剥离器光纤包层表面示意图。

[0025] 图6为本公开实施例表面渐变散射型包层光功率剥离器制备方法的流程框图。

[0026] 【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

[0027] 1-待腐蚀光纤；           2-反应筒；

[0028] 3-固定架；               4-注入孔；

[0029] 5-流量计；               6-腐蚀液。

具体实施方式

[0030] 本公开提供了一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法，其中制备装置包括：待腐蚀光纤、反应筒、固定架、注入孔和流量计；待腐蚀光纤中间段涂覆层剥除，露出裸纤段；反应筒底端设有连接孔，待腐蚀光纤穿过连接孔，且与反应筒底端密封连接；待腐蚀光纤裸纤段的上端与反应筒上刻度0cm对应，待腐蚀光纤裸纤段的下端与反应筒上刻度10cm对应；待腐蚀光纤与固定架连接；注入孔设置在反应筒上；装有腐蚀液的容器通过管路与注入孔相连，将腐蚀液注入反应筒中，管路上还设置有流量计。本公开提供的渐变腐蚀装置根据待腐蚀光纤剥离区间内，沿激光传输方向，包层表面的腐蚀时间沿待腐蚀光纤轴向连续地由小增大，对应包层表面的结晶体颗粒密度逐渐增大，以实现包层光散射率逐渐增大的效果。

[0031] 为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

[0032] 本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

[0033] 在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置。图1为本公开实施例表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置中下端注入型渐变腐蚀装置的结构示意图。图2为根据图1制备的剥离器的包层腐蚀时间沿轴向变化曲线。如图1和图2所示，在本实施中采用20/400pm(NA＝0.06/0.46)双包层光纤作为待腐蚀光纤1，待腐蚀光纤1中间段涂覆层剥除后，露出的裸纤段长度为100mm。采用KHF2配制腐蚀液6，腐蚀液6浓度为0.1g/ml。注入孔4设置在反应筒2侧壁下端，装有腐蚀液6的容器通过管路与注入孔4相连，将腐蚀液6注入反应筒2中对裸纤段进行渐变腐蚀。反应筒2内径为8mm，其上设置有0-10cm的刻度标记，精度为1cm。反应筒底端设置有连接孔，待腐蚀光纤1穿过连接孔，且与反应筒2底端密封连接，具体可以采用石蜡进行密封连接。待腐蚀光纤1与固定架3连接，固定架3夹持待腐蚀光纤1的两端，使待腐蚀光纤1与反应筒2平行并且不与反应筒2触碰。待腐蚀光纤1裸纤段的上端与反应筒2上的刻度0cm对应，待腐蚀光纤1裸纤段的下端与反应筒2上的刻度10cm对应。流量计5可以选用蠕动泵和/或耐酸碱腐蚀的流量计，通过流量计5对注入反应筒2内的腐蚀液6流量进行控制，进而控制腐蚀液6在反应筒2内的上升速度以及对应产生不同的腐蚀时间梯度，以此调控腐蚀时间沿轴向变化的快慢程度。当采用蠕动泵作为流量计5时，通过修改蠕动泵滚轮转速控制注入流量。蠕动泵的滚轮转速和反应筒
2内径共同决定了腐蚀液6在反应筒2内的上升速度，即决定了沿光纤轴的腐蚀时间梯度。设置在反应筒2上0-2cm区间内的腐蚀时间梯度为2min/cm；在反应筒2的2-7cm区间内的腐蚀时间梯度为3.5min/cm；在反应筒2的7-10cm区间的腐蚀时间梯度为8.6min/cm；当腐蚀液6液面达到0cm位置处时，停止流量计5工作，计时15min。然后取出已腐蚀的待腐蚀光纤1，用去离子水洗净，完成腐蚀时间非线性变化的包层光功率剥离器的制备。该包层光功率剥离器，利用数值孔径为0.46的包层光测试，在室温风冷下百瓦功率滤除时，待腐蚀光纤1剥离区间内最高温度为30℃。

[0034] 在本公开的第二个示例性实施例中，还提供了一种渐变腐蚀装置。图3为本公开实施例表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置中上端注入型渐变腐蚀装置的结构示意图。图4为根据图3制备的剥离器的包层腐蚀时间沿轴向变化曲线。图5为本公开实施例中不同腐蚀时间的剥离器光纤包层表面示意图。如图3至图5所示，与第一实施例的区别在于注入孔4设置在反应筒2侧壁上端，腐蚀液6由反应筒2上端注入。本实施例中采用20/400pm(NA＝0.06/0.46)双包层光纤作为待腐蚀光纤1。设置反应筒2中0-10cm区间的腐蚀时间梯度为4min/cm。腐蚀液6不断注入至浸没裸纤区间时，停止流量计5工作，计时15min。当流量计5选用蠕动泵时，滚轮反向转动，抽出腐蚀液6，取出已腐蚀的待腐蚀光纤1，用去离子水洗净，完成腐蚀时间线性变化的包层光功率剥离器的制备。该包层光功率剥离器，利用数值孔径为
0.46的包层光测试，在室温风冷下百瓦功率滤除时，待腐蚀光纤1剥离区间内最高温度为32℃。

[0035] 在本公开的第一个示例性实施例中，还提供了一种表面渐变散射型包层光功率剥离器制备方法。图6为本公开实施例表面渐变散射型包层光功率剥离器制备方法的流程框图。如图6所示，包括：步骤A：将待腐蚀光纤中间段涂覆层剥除，露出裸纤段；步骤B：待腐蚀光纤的两端通过固定架夹持置于反应筒中，使待腐蚀光纤与反应筒平行且不与反应筒碰触；步骤C：装有腐蚀液的容器通过管路与注入孔相连，将腐蚀液注入反应筒中；步骤D：通过流量计控制注入反应筒内的腐蚀液流量，控制腐蚀液在反应筒内上升的速度，沿激光传输方向，使待腐蚀光纤剥离区间内的包层表面的腐蚀时间连续地由小增大，包层表面的结晶体颗粒密度逐渐变大

[0036] 具体在步骤D中，腐蚀液注入流量恒定，腐蚀时间沿光纤轴向做线性变化，或腐蚀液注入流量随时间变化，腐蚀时间沿光纤轴向做非线性变化。

[0037] 至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

[0038] 依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法有了清楚的认识。

[0039] 综上所述，本公开提供的表面渐变散射型包层光功率剥离器制备装置及方法根据待腐蚀光纤剥离区间内，沿激光传输方向，包层表面的腐蚀时间沿待腐蚀光纤轴向连续地由小增大，对应包层表面的结晶体颗粒密度逐渐增大，以实现包层光散射率逐渐增大的效果。

[0040] 还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

[0041] 并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

[0042] 除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

[0043] 再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

[0044] 说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

[0045] 类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

[0046] 以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。