CN105572802A - 一种光纤熔接点处理方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤熔接点处理方法，在熔接点及熔接点附近制作折射率不同的第一透光保护层和第二透光保护层，将带有两层透光保护层的光纤置于带有水冷装置的封装结构中，通光，如果光纤工作温度大于60度，利用水冷装置为光纤降温。本发明适用于双包层光纤和单包层光纤，通过设置两层折射率不同的透光保护层，能够将熔接点泄露光导入透光保护层中，实现对熔接点进行保护，防止泄露光多次散射造成熔接点发热，能够有效避免熔接损伤，提高熔接点耐光功率水平。

Description

一种光纤熔接点处理方法

技术领域

本发明涉及一种光纤熔接点处理方法，属于光电子技术领域。

背景技术

光纤激光器具有结构紧凑、散热性能好、转换效率高、光束质量优良和性能稳定等优点在许多领域具有广泛的应用需求。迄今，通过激光振荡级加放大方案，已经实现单纤输出具有良好光束质量的千瓦级全光纤激光器，被广泛应用于汽车制造、船舶工业、铁路机车制造、军事加工、金属材料加工等各个工业加工行业，并不断向更为广阔的应用领域拓展。

在光纤激光器的研制过程中，光纤熔接及熔接点处理技术对光纤激光器输出功率及转换效率具有重要影响。高功率光纤激光器熔接包括高功率泵浦源与合束器之间单包层多模光纤熔接，以及基于双包层光纤的各个光纤器件与双包层光纤之间的熔接。文献《Thermaleffectsinhighpowercwfiberlasers》(2008SPIEVol.7195pp7195U-1)指出熔接质量差的熔接点的散射光会导致重涂覆与光纤原有涂覆层之间发热，提高熔接质量能减小这种发热。但过高的熔接质量一方面难以达到，另一方面会使熔接失败率增加，且对于某些熔接场合如不同纤芯熔接，即使熔接质量再高都无法避免熔接点处光纤泄露，从而造成熔接点发热，降低熔接点耐光功率水平。文献《1.5kW近单模全光纤激光器》(2013中国激光Vol.40pp0702001-1)分析了光纤对准对双包层掺杂光纤与双包层无源光纤熔接影响，指出双包层无源光纤和掺杂光纤之间的熔接点是整个光纤激光器发热量最大的点，甚至会造成光纤在熔接点处及熔接点附近损毁。

因此，为了保证光纤激光器输出功率及光光转换效率，需要研究一种光纤熔接点处理方法，以降低熔接点(重涂覆与光纤原有涂覆层之间)发热，避免光纤因熔接造成损伤，提高熔接点耐光功率水平。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光纤熔接点处理方法，能够有效避免熔接点发热，提高熔接点耐光功率水平。

本发明的技术解决方案是：一种光纤熔接点处理方法，所述光纤为双包层光纤，包括以下步骤：

步骤一：去除两根光纤熔接点周围的涂覆层和外包层，使熔接点及熔接点附近的光纤内包层裸露，将两光纤进行熔接；

步骤二：在熔接点及熔接点附近的裸露内包层外部依次制作第一透光保护层和第二透光保护层，其中第一透光保护层的折射率n₁<第二透光保护层的折射率n₂，且n₁<内包层的折射率n₀；

步骤三：将经过步骤二处理后的带有两层透光保护层的光纤置于带有水冷装置的封装结构中，通光，判断所述光纤工作温度是否大于60度，如果不大于，则光纤熔接点处理完成，否则，利用所述水冷装置为光纤降温，光纤熔接点处理完成。

一种光纤熔接点处理方法，所述光纤为单包层光纤，包括以下步骤：

步骤一：去除两根光纤熔接点周围的涂覆层，使熔接点及熔接点附近的光纤包层裸露，将两光纤进行熔接；

步骤二：在熔接点及熔接点附近的裸露包层外部依次制作第一透光保护层和第二透光保护层，其中包层的折射率n₃<第一透光保护层的折射率n₁<＝第二透光保护层的折射率n₂。

步骤三：将经过步骤二处理后的带有两层透光保护层的光纤置于带有水冷装置的封装结构中，通光，判断所述光纤工作温度是否大于60度，如果不大于，则光纤熔接点处理完成，否则，利用所述水冷装置为光纤降温，光纤熔接点处理完成。

所述第一透光保护层为重涂覆层或者光学凝胶或者透光波导结构，第二透光保护层为光学凝胶或者透光波导结构，两层透光保护层之间、第一透光保护层与光纤之间均紧密贴合无空气。

所述步骤三中封装结构为带有空腔的金属密封结构，所述空腔用于放置光纤；水冷装置包括进水管和出水管，进水管和出水管与所述空腔连通，通过水的循环流动降低光纤工作温度。

所述两根光纤为同类型光纤或不同类型光纤。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明分别针对双包层光纤和单包层光纤提出了熔接点处理方法，通过设置两层透光保护层，对熔接点进行保护，并进一步通过两层透光保护层折射率设计，能够将熔接点泄露光导入透光保护层中，防止泄露光多次散射造成熔接点发热，在一般的熔接质量下，能够有效避免熔接损伤，提高熔接点耐光功率水平。

(2)本发明第一透光保护层为重涂覆层或者光学凝胶或者透光波导结构，第二透光保护层为光学凝胶或者透光波导结构，利用第一透光保护层和第二透光保护层的折射率关系设计，调节第一透光保护层界面光传输行为，将约束于第一层透光保护层中的光导出，可防止光在第一透光保护层中前向或者后向传输造成光纤熔接点损伤。两层透光保护层之间、第一透光保护层与光纤之间均紧密贴合无空气，避免由于空气进入产生光散射，提高熔接点耐光功率水平。

(3)本发明在熔接点温度超出60度时采用带有水冷装置的封装结构用于熔接点冷却，水冷装置由两根水管组成，结构简单，工作可靠，通过水的循环可有效流动降低光纤熔接点温度，有效提高熔接点耐功率水平。

(4)本发明可应用于同种光纤及不同种类之间的光纤熔接处理，是一种适应性较广的熔接点处理方法。

附图说明

图1为经过重涂覆处理的双包层光纤熔接点光散射图；

图2为三种造成光纤熔接损耗方式示意图；

图3散射光在重涂覆层和空气界面传播示意图，其中(a)为光直接散射示意图，(b)为光在重涂覆层与空气界面全反射示意图；

图4为采用本发明方法处理的双包层光纤纵切面示意图；

图5为熔接后的光纤置于封装结构中的示意图；

图6为本发明的两层透光保护层示意图，其中(a)为三层结构横截面图，(b)为柱状结构横截面图，(c)为变形的三层横截面图；

图7为本发明双包层光纤熔接点处理方法示意图。

具体实施方式

传统的单包层光纤之间的熔接或双包层光纤之间的熔接都是通过重涂覆处理以提高熔接质量，降低熔接点发热。以双包层光纤为例，经过重涂覆处理双包层光纤熔接点如图1所示，包括光纤11、12，光纤11和光纤12均包括光纤涂覆层和外包层21、光纤内包层22、光纤纤芯23，在光纤11上有光纤涂覆层剥除点313，在光纤12上有光纤涂覆层剥除点312、包层传输泵浦光308和310、纤芯传输信号光309、重涂覆层314、光纤熔接点24。

熔接点熔接损耗主要有三种，如图2所示，光纤轴倾斜、光纤轴偏离和模场失配。当熔接点熔接质量较差时，熔接点损耗会导致包层传输泵浦光308、310和信号光309从熔接点泄露。由于重涂覆层外是空气，折射率小于重涂覆层折射率n_l，因此，当散射光在重涂覆层和空气界面传播有两种情况：

1当入射光入射角小于临界角光会直径散射出去，如图3中(a)所示。

2当入射光入射角大于临界角时，光会在重涂覆层与空气界面发生全反射，如图3中(b)所示，经多次反射后最终到达光纤涂覆层剥除点312、313处，由于光纤涂覆层剥除点312、313处被剥除的涂覆层为不连续点，所以经多此反射后光聚集于在此并发生散射，造成温度升高，甚至造成光纤在此处损毁。

因此，通过重涂覆处理并不能有效降低熔接点发热。单包层光纤之间的熔接具有同样的问题。

要解决熔接点处散射光经多次全反射后聚集于重涂覆不连续点造成光纤损伤问题，需对熔接点进行处理，基本原理是破坏光在重涂覆层和空气界面处的全反射条件。

为解决熔接点处发热，特别是熔接点后由于散射光易导致光纤重涂覆与光纤涂覆重烧毁问题，本发明提出一种光纤熔接点处理方法，当光纤为双包层光纤时，流程如图7所示，包括以下步骤：

步骤一：去除两根光纤11、12熔接点周围的涂覆层和外包层21，使熔接点24及熔接点附近的光纤内包层22裸露，将两光纤进行熔接；

步骤二：在熔接点及熔接点附近的裸露内包层部分制作两层透光保护层，使熔接点及熔接点附近由里到外分别为内包层22、第一透光保护层25，第二透光保护层26，由里到外折射率分别为n₀，n₁，n₂。第一透光保护层25一般为光学凝胶或者光学凝胶或者透光波导结构，第二透光保护层26可为光学凝胶或者透光波导结构；两透光保护层之间及透光保护层与光纤之间都紧密贴合无空气；两层透光保护层和内包层之间折射率关系满足：n₁<n₂，n₁<n₀。如图4所示。

步骤三：将光纤及两透光保护层置于带有水冷装置的封装结构中，在水冷装置未工作的状态下，通光，判断所述光纤工作温度是否大于60度，如果不大于，则光纤熔接点处理完成，否则，利用所述水冷装置为光纤降温，光纤熔接点处理完成。光纤熔接点处理完成后，可以与其他设备或光纤连接，形成光纤激光器，如果光纤工作温度大于60度，则水冷装置在光线激光器工作过程中一直为光纤降温。

如图5所示，封装结构为带有空腔的金属密封结构13，所述空腔用于放置光纤；水冷装置包括进水管14和出水管15，进水管14和出水管15与所述空腔连通，通过水的循环流动降低光纤工作温度。

当光纤为单包层光纤时，包括以下步骤：

步骤一：去除两根光纤熔接点周围的涂覆层，使熔接点及熔接点附近的光纤包层裸露，将两光纤进行熔接；

步骤二：在熔接点及熔接点附近的裸露包层部分制作两层透光保护层，使熔接点及熔接点附近由里到外分别为包层、第一透光保护层25，第二透光保护层26，由里到外折射率分别为n₃，n₁，n₂。第一透光保护层25一般为光学凝胶或者光学凝胶或者透光波导结构，第二透光保护层26可为光学凝胶或者透光波导结构；两透光保护层之间及透光保护层与光纤之间都紧密贴合无空气；两层透光保护层和包层之间折射率关系满足：n₃<n₁<＝n₂。

步骤三：将光纤及两透光保护层置于带有水冷装置的封装结构中，在水冷装置未工作的状态下，通光，判断所述光纤工作温度是否大于60度，如果不大于，则光纤熔接点处理完成，否则，利用所述水冷装置为光纤降温，光纤熔接点处理完成。光纤熔接点处理完成后，可以与其他设备或光纤连接，形成光纤激光器，如果光纤工作温度大于60度，则水冷装置在光线激光器工作过程中一直为光纤降温。

本发明中的进行熔接处理的两根光纤为同类型光纤或不同类型光纤，如两根无源双包层光纤、一根无源双包层光纤和一根有源双包层光纤、一根单模光纤和一根光子晶体光纤、两根光子晶体光纤或两根多模光纤等。

如图6所示，本发明的两层透光保护层可以为各种结构，如图6中(a)所示，是典型的三层结构横截面图，上下两层为第二透光保护层26，中间层为第一透光保护层25，光纤置于第一透光保护层25中；如图6中(b)所示，是柱状结构横截面图，外层为柱状空心的第二透光保护层26，中间层(空心部分)为第一透光保护层25，光纤置于第一透光保护层25中间；如图6中(c)所示，是变形的三层横截面图，外层上部为半圆柱状第二透光保护层26，下部为带有空心的第二透光保护层26，空心部分为第一透光保护层25，光纤置于第一透光保护层25中间；事实上，两层透光保护层的结构可以为各种形式，只要保证第一透光保护层25、第一透光保护层25和包层22之间紧密贴合无空气即可。

本发明对熔接点进行处理和保护，能够有效避免熔接点发热，提高熔接点耐光功率水平。

以上是本专利的具体实施方式，但并不仅限于此种实施方式。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种光纤熔接点处理方法，所述光纤为双包层光纤，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：去除两根光纤熔接点周围的涂覆层和外包层，使熔接点及熔接点附近的光纤内包层裸露，将两光纤进行熔接；

步骤二：在熔接点及熔接点附近的裸露内包层外部依次制作第一透光保护层和第二透光保护层，其中第一透光保护层的折射率n₁<第二透光保护层的折射率n₂，且n₁<内包层的折射率n₀；

步骤三：将经过步骤二处理后的带有两层透光保护层的光纤置于带有水冷装置的封装结构中，通光，判断所述光纤工作温度是否大于60度，如果不大于，则光纤熔接点处理完成，否则，利用所述水冷装置为光纤降温，光纤熔接点处理完成。

2.一种光纤熔接点处理方法，所述光纤为单包层光纤，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：去除两根光纤熔接点周围的涂覆层，使熔接点及熔接点附近的光纤包层裸露，将两光纤进行熔接；

步骤二：在熔接点及熔接点附近的裸露包层外部依次制作第一透光保护层和第二透光保护层，其中包层的折射率n₃<第一透光保护层的折射率n₁<＝第二透光保护层的折射率n₂。

步骤三：将经过步骤二处理后的带有两层透光保护层的光纤置于带有水冷装置的封装结构中，通光，判断所述光纤工作温度是否大于60度，如果不大于，则光纤熔接点处理完成，否则，利用所述水冷装置为光纤降温，光纤熔接点处理完成。

3.根据权利要求1或2所述的一种光纤熔接点处理方法，其特征在于：所述第一透光保护层为重涂覆层或者光学凝胶或者透光波导结构，第二透光保护层为光学凝胶或者透光波导结构，两层透光保护层之间、第一透光保护层与光纤之间均紧密贴合无空气。

4.根据权利要求1或2所述的一种光纤熔接点处理方法，其特征在于：所述步骤三中封装结构为带有空腔的金属密封结构(13)，所述空腔用于放置光纤；水冷装置包括进水管(14)和出水管(15)，进水管(14)和出水管(15)与所述空腔连通，通过水的循环流动降低光纤工作温度。

5.根据权利要求1或2所述的一种光纤熔接点处理方法，其特征在于：所述两根光纤为同类型光纤或不同类型光纤。