CN111596403A - 光纤器件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高功率光纤激光器技术领域，公开了一种光纤器件及其制作方法，该光纤器件的制作方法，包括：使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀；对刻蚀部位进行扫描加热并拉锥所述双包层光纤，以在所述双包层光纤上形成周期性的葫芦状分布。通过将双包层光纤拉锥成周期性的葫芦状分布，同时纤芯也形成了一样的周期性葫芦状，这样增大了纤芯中高阶模式激光泻出到包层中传输的比率，然后包层中传输的高阶模式激光很容易被滤除，最终可以很好的提高光纤激光器的输出光束的质量；通过该制作方法制备而成的光纤器件不仅可以克服现有技术中高阶模式激光剥除不完全的问题，还可以克服光纤激光器工作状态不稳定，输出光纤存在失效风险的问题。

Description

光纤器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及高功率光纤激光器技术领域，特别是涉及一种光纤器件及其制作方法。
背景技术
光纤激光器由于具有光束质量好、功耗低、体积小、寿命长等特点，而被广泛应用于金属切割、焊接、标刻、材料加工和国防安全等方面。尤其是高功率的光纤激光器，其输出功率逐年递升，单模最大输出已超过一万瓦。高功率激光器与放大器中采用双包层掺杂光纤作为有源光纤，再使用包层泵浦方式将泵浦光耦合到纤芯中。由于涉及到泵浦耦合，包层中会有残留部分泵浦光，同时纤芯中的激光也不再是光束质量很好的基模光；同时光纤激光器不可避免的存在熔接点，部分纤芯光会转变成高阶模式的泄露到包层中传输；另外还有一些高阶模式的激光也会继续在纤芯中传输。这些包层中传输的光可以通过行业中常见的包层光剥离器进行滤除，但是纤芯中传输的高阶模式的激光目前没有一个很好的方法进行滤除，当基模激光以及高阶模式激光同时从光纤传输端输出时，会严重影响输出光斑的质量。因此，非常有必要在光纤激光器的输出端对光纤纤芯中传输的高阶模式激光进行剥离。
目前最常用的剥除高阶模式激光的方式，是对光纤激光器输出端光纤进行盘绕小圈固定；采用这种方式，光纤激光器的输出光纤就会长期在盘绕小圈这种高应力的情况下工作，存在极大的不稳定性，而且这种方式对高阶模式激光的滤除效果也不是很好，只能滤除很小的一部分高阶模式激光。上述方式存在高阶模式激光剥除不完全，并且激光器输出光纤存在光纤失效风险，从而最终导致光纤激光器不能正常工作的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种光纤器件及其制作方法，用以解决或部分解决现有的光纤激光器只能滤除小部分高阶模式激光的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种光纤器件的制作方法，包括：
使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀；
对刻蚀部位进行扫描加热并拉锥所述双包层光纤，以在所述双包层光纤上形成周期性的葫芦状分布。
在上述技术方案的基础上，所述使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀包括：对所述双包层光纤进行旋转，并对所述激光进行平移。
在上述技术方案的基础上，通过第一驱动装置驱动激光头进行平移，以实现对所述激光的平移。
在上述技术方案的基础上，使用光纤夹持器夹持所述双包层光纤，通过第二驱动装置驱动所述光纤夹持器进行旋转，以实现对所述双包层光纤的旋转。
在上述技术方案的基础上，所述拉锥所述双包层光纤包括：通过第三驱动装置驱动所述光纤夹持器进行平移，以实现对所述双包层光纤的拉锥。
在上述技术方案的基础上，通过第四驱动装置驱动氢氧焰火头进行平移，以实现对所述刻蚀部位的扫描加热。
在上述技术方案的基础上，在所述使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀之前还包括:对所述双包层光纤的工作窗口进行涂层剥除。
第二方面，本发明实施例提供一种根据上述各技术方案所述的光纤器件的制作方法制备而成的光纤器件。
本发明实施例提供的一种光纤器件及其制作方法，通过将双包层光纤拉锥成周期性的葫芦状分布，同时纤芯也形成了一样的周期性葫芦状，这样增大了纤芯中高阶模式激光泻出到包层中传输的比率，通过调整葫芦状周期的幅度和数量，可以保证高阶模式激光滤除干净，然后包层中传输的高阶模式激光很容易被滤除，最终可以很好的提高光纤激光器的输出光束的质量。并且，通过该光纤器件的制作方法制备而成的光纤器件不仅可以克服现有技术中高阶模式激光剥除不完全的问题，还可以克服光纤激光器工作状态不稳定，输出光纤存在失效风险的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种光纤器件的制作方法的流程图；
图2为本发明实施例的一种光纤器件的制作方法的整体实现图；
图3为本发明实施例使用激光头对双包层光纤的工作窗口进行旋转刻蚀形成梳妆刻蚀的实现图；
图4为本发明实施例使用氢氧焰火头加热拉锥形成周期性的葫芦状分布的实现图。
附图标记：
100、双包层光纤；101、工作窗口；201、第一光纤夹持器；202、第二光纤夹持器；300、激光头；400、氢氧焰火头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明实施例的一种光纤器件的制作方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的光纤器件的制作方法，包括：
S1，使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀；
把双包层光纤的工作窗口移动至激光的下方，即激光需要在双包层光纤的工作窗口进行相应地刻蚀。
需要说明的是，对双包层光纤进行旋转，并对激光进行平移，即沿着双包层光纤的工作窗口的长度方向依次刻蚀出一个个间隔布置的圆圈，亦即使双包层光纤形成梳妆式刻蚀；
或者，对双包层光纤进行平移，并对激光进行旋转，即沿着双包层光纤的工作窗口的长度方向依次刻蚀出一个个间隔布置的圆圈，亦即使双包层光纤形成梳妆式刻蚀。其中，本发明实施例中以对双包层光纤进行旋转，并对激光进行平移为例进行说明。
S2，对刻蚀部位进行扫描加热并拉锥双包层光纤，以在双包层光纤上形成周期性的葫芦状分布。
需要说明的是，对双包层光纤的工作窗口中的刻蚀部位进行加热，使刻蚀部位达到软化状态后，把双包层光纤的两端分别沿着相反的方向进行拉伸，最终双包层光纤的工作窗口中的刻蚀部位形成周期性的葫芦状分布。
本发明实施例提供的光纤器件的制作方法，通过将双包层光纤拉锥成周期性的葫芦状分布，同时纤芯也形成了一样的周期性葫芦状，这样增大了纤芯中高阶模式激光泻出到包层中传输的比率，通过调整葫芦状周期的幅度和数量，可以保证高阶模式激光滤除干净，然后包层中传输的高阶模式激光很容易被滤除，最终可以很好的提高光纤激光器的输出光束的质量。并且，通过该光纤器件的制作方法制备而成的光纤器件不仅可以克服现有技术中高阶模式激光剥除不完全的问题，还可以克服光纤激光器工作状态不稳定，输出光纤存在失效风险的问题。
在上述实施例的基础上，如图2和图3所示，通过第一驱动装置驱动激光头300进行平移，以实现对激光的平移。
需要说明的是，第一驱动装置可以为马达驱动器件，激光头300可以灵活的左右移动，激光头300出光聚焦对双包层光纤100进行预设的激光刻蚀，目的是在双包层光纤100上形成梳妆刻蚀；控制激光头300的工作参数可以控制最终形成的葫芦状的周期数量。
在上述实施例的基础上，使用光纤夹持器夹持双包层光纤100，通过第二驱动装置驱动光纤夹持器进行旋转，以实现对双包层光纤100的旋转。
需要说明的是，第二驱动装置可以为旋转马达驱动。光纤夹持器包括第一光纤夹持器201和第二光纤夹持器202，第一光纤夹持器201和第二光纤夹持器202分别位于双包层光纤100的两端。
其中，通过第二驱动装置驱动光纤夹持器进行旋转可以完成双包层光纤100夹持固定和旋转；第二驱动装置的数量可以为两个，一个第二驱动装置与第一光纤夹持器201对应设置，另一个第二驱动装置与第二光纤夹持器202对应设置。并且，光纤刻蚀过程就可以很好的聚焦并进行旋转刻蚀；第一光纤夹持器201和第二光纤夹持器202分别位于双包层光纤100的两端，可以实现精密调节双包层光纤100的角度位置。
在上述实施例的基础上，拉锥双包层光纤100包括：通过第三驱动装置驱动光纤夹持器进行平移，以实现对双包层光纤100的拉锥。
需要说明的是，第二驱动装置可以通过固定座安装在工作台上，固定座与工作台之间为滑动连接，第三驱动装置可以驱动固定座进行相应方向的滑动。第三驱动装置可以为可伸缩的机械臂，第三驱动装置的数量可以为两个。同时能按照设定的速度和加速度左右移动双包层光纤100，双包层光纤100的拉锥过程就可以控制最终形成的葫芦状的幅度和周期长度。
在上述实施例的基础上，如图4所示，通过第四驱动装置驱动氢氧焰火头400进行平移，以实现对所述刻蚀部位的扫描加热。
需要说明的是，第四驱动装置可以为马达驱动器件，通过第四驱动装置驱动氢氧焰火头400进行左右方向的平移，氢氧焰火头400位于双包层光纤100的工作窗口101的上方，对双包层光纤100的工作窗口101中的刻蚀部位进行扫描加热，使刻蚀部位达到软化状态。
在上述实施例的基础上，在使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀之前还包括:对双包层光纤100的工作窗口101进行涂层剥除。
需要说明的是，通过机械剥纤工具对双包层光纤100的工作窗口101的涂层进行预先的剥除，以便后续的操作。
本发明实施例提供的光纤器件的制作方法，通过机械剥纤工具对双包层光纤100的工作窗口101的涂层进行预先的剥除；使用光纤夹持器夹持双包层光纤100，把双包层光纤100的工作窗口101移动至激光的下方，即激光需要在双包层光纤100的工作窗口101进行相应地刻蚀；通过第一驱动装置驱动激光头300进行平移，以实现对激光的平移，与此同时，通过第二驱动装置驱动光纤夹持器进行旋转，以实现对双包层光纤100的旋转，在此过程中沿着双包层光纤的工作窗口的长度方向依次刻蚀出一个个间隔布置的圆圈，亦即使双包层光纤形成梳妆式刻蚀；首先通过第四驱动装置驱动氢氧焰火头400进行平移，以实现对所述刻蚀部位的扫描加热，其次再通过第三驱动装置驱动光纤夹持器进行平移，以实现对双包层光纤100的拉锥，在此过程中对双包层光纤的工作窗口中的刻蚀部位进行加热，使刻蚀部位达到软化状态后，把双包层光纤的两端分别沿着相反的方向进行拉伸，最终双包层光纤的工作窗口中的刻蚀部位形成周期性的葫芦状分布。本发明实施例提供的光纤器件的制作方法，采用将纤芯加工成周期性葫芦状分布的方法，这样纤芯内传输的高阶模式激光就会向包层泄露，然后进行有效滤除，通过参数调节葫芦状的幅度、周期长度和周期数可以达到滤除效果彻底的目的；避免高应力绕圈滤模的方式，这样激光器工作状态更加可靠，激光器出光稳定、光束质量高；将双包层光纤加工成几何上的周期性葫芦状分布，相应的纤芯也就形成了周期性的葫芦状分布，这样高阶模的光就会发生耦合形成向前传输的包层光并最终滤除，当光源中存在高阶模式激光时，就会在这个光纤器件中泄露出来，只有基模光才会进行无损耗的传输，这样就达到了去除高阶模激光的目的，提高了光纤激光器的输出激光的光束质量。
可以理解的是，通过上述各实施例的光纤器件的制作方法制备而成的光纤器件，不仅可以克服现有技术中高阶模式激光剥除不完全的问题，还可以克服光纤激光器工作状态不稳定，输出光纤存在失效风险的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光纤器件的制作方法，其特征在于，包括：
使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀；
对刻蚀部位进行扫描加热并拉锥所述双包层光纤，以在所述双包层光纤上形成周期性的葫芦状分布。
2.根据权利要求1所述的光纤器件的制作方法，其特征在于，所述使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀包括：对所述双包层光纤进行旋转，并对所述激光进行平移。
3.根据权利要求2所述的光纤器件的制作方法，其特征在于，通过第一驱动装置驱动激光头进行平移，以实现对所述激光的平移。
4.根据权利要求2所述的光纤器件的制作方法，其特征在于，使用光纤夹持器夹持所述双包层光纤，通过第二驱动装置驱动所述光纤夹持器进行旋转，以实现对所述双包层光纤的旋转。
5.根据权利要求4所述的光纤器件的制作方法，其特征在于，所述拉锥所述双包层光纤包括：通过第三驱动装置驱动所述光纤夹持器进行平移，以实现对所述双包层光纤的拉锥。
6.根据权利要求1所述的光纤器件的制作方法，其特征在于，通过第四驱动装置驱动氢氧焰火头进行平移，以实现对所述刻蚀部位的扫描加热。
7.根据权利要求1所述的光纤器件的制作方法，其特征在于，在所述使用激光在双包层光纤的工作窗口进行周期性刻蚀之前还包括:对所述双包层光纤的工作窗口进行涂层剥除。
8.一种光纤器件，其特征在于，根据权利要求1至7任一项所述的光纤器件的制作方法制备而成。
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