[发明专利]空间调制的包层模剥离器及其光纤

说明书

技术领域

本发明涉及具有包层模剥离器的光纤，特别是一种空间调制的包层模剥离器。

背景技术

光纤激光器功率的不断提高产生了对高功率处理部件的需求。这些高功率光纤激光器基于具有内掺稀土的二氧化硅芯和内包层的双包层光纤。这种结构是沿着双包层光纤的长度的泵浦光耦合和随后的泵浦吸收所必需的。该双包层光纤还包括具有高数值孔径的内包层以耦合低亮度泵浦光。这通过在内包层围绕折射率低于二氧化硅的折射率的外部的聚合物外包层实现。该双包层光纤还包括折射率高于二氧化硅的折射率的外部的聚合物外涂层以提供机械完整性。然而，当前使用的聚合物外涂层和外包层具有相对低的工作温度范围。由于已知聚合物外涂层和外包层的有限工作温度范围，基于双包层光纤的高功率光纤激光器需要适当的杂散光和温度管理，从而避免由聚合物外涂层的热衰减引起的故障。

在双包层光纤激光器和放大器中，常常有不合需要的光（如未被吸收的泵浦光、从双包层光纤芯逃逸的光或来自材料加工的反馈光）在双包层光纤芯中传播。这种不合需要的光如果从双包层光纤除去，可能降低高功率激光器的输出光束质量，或者通过热衰减产生激光器系统的灾难性故障。经常通过引入包层模剥离器来除去不需要的光，该包层模剥离器去除内包层的光波导效应。在先的包层模剥离器的一个例子是典型的高分子基包层模剥离器，其通过折射率高于二氧化硅的折射率的材料替代低折射率聚合物外包层，因此在特定长度之后，不合需要的光从内包层完全提取。然而，高于外包层的折射率的任何折射率值将通过减少内包层波导的数值孔径从内包层提取光。本领域已知有旨在提高传统包层模剥离器的功率处理能力的技术。关于与双包层光纤的聚合物外涂层的峰值温度相关的包层模剥离器的可靠性，已知技术试图通过控制光剥离来沿着双包层光纤分配热量，或者通过封装方法来降低峰值温度。

Wetter等在题为《高功率包层光剥离器》（2008年美国西部光电展，光纤激光器V：技术、系统和应用，SPIE学报，第6873卷，687327）的科技论文中公开了一种渐进包层模剥离器，其中，包层材料具有沿着双包层有源光纤变化的折射率。

Anderegg等（在第7349596号美国专利中）公开了一种将包层材料用作外包层的包层模剥离器，所述包层材料的折射率与温度负相关。通过增加包层材料的温度，光剥离率将降低，因此使包层模剥离器中的峰值温度饱和。

Kliner等（在第8027555号美国专利中）公开了一种包层模剥离器，其中，提取的光通过一块透明材料而被吸收。

最后，Freier等（在第6301418号美国专利中）公开了一种具有不均匀包层粗糙度或凹痕的波导光漫射器。

如上述参考文献所公开的这些用于从双包层光纤剥离不合需要的光的技术在实践中不容易实现。沿着双包层光纤改变折射率需要非常好的折射率改变的空间分辨率。并且，可能需要具有特定低折射率的一种类型以上的聚合物，以覆盖实现包层模剥离的折射率范围。可供选择的具有所需光性能和机械性能的低折射率的材料比具有高折射率的材料要少。通常，具有低折射率的材料的工作温度范围低于具有高折射率的材料的工作温度范围。同样的问题出现在具有与温度负相关的折射率的材料上。此外，在由二氧化硅制成的芯和内包层上具有表面粗糙度或凹痕减小了其机械强度。

因此，需要提供对不合需要的光的更容易的控制，以使包层模剥离内的温度曲线平坦。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明涉及一种用于光纤在运行中传播包层光信号的空间调制包层模剥离器。所述空间调制包层模剥离器包括位于光纤的包层的一部分的一系列交替的高包层光提取区域和低包层光提取区域。

根据所述空间调制包层模剥离器的另一方面，所述高包层光提取区域包括提供高包层光提取的高光剥离材料。

根据所述空间调制包层模剥离器的另一方面，所述低包层光提取区域包括提供低包层光提取的低光剥离材料。

根据所述空间调制包层模剥离器的另一方面，所述高包层光提取区域的长度沿着所述包层光信号在所述光纤中的传播方向递增。

根据所述空间调制包层模剥离器的另一方面，所述高提取区域的长度是基于要提取的总包层光功率和用于操作所述包层模剥离器的安全温度限制。

根据所述空间调制包层模剥离器的另一方面，所述高包层光提取区域的长度是固定的，而相继的低包层光提取区域的长度是沿着所述包层光信号的传播方向变化的。

根据所述空间调制包层模剥离器的另一方面，所述高光包层材料是折射率高于所述包层的折射率的光学透明材料。