[发明专利]一种基于表面结晶的光纤包层光滤除方法

说明书

技术领域

本发明属于激光发射器件领域，具体涉及一种光学器件结构的制备方法。

背景技术

光纤的典型结构是一种细长多层同轴圆柱形实体复合纤维。自内向外为（图1）：纤芯6→包层5→涂覆层7。核心部分为纤芯和包层，二者共同构成介质光波导，形成对光信号的传导和约束，实现光的传输，所以又将二者构成的光纤称为裸光纤。涂覆层又称被覆层，主要对裸光纤提供机械保护，可分为一次涂层和二次涂层。

纤芯：光纤的纤芯主要由具有高折射率的导光材料制成，如：SiO₂光纤芯层材料通常为SiO₂--GeO₂。它的作用是传导光，使光信号在芯层内部沿轴向向前传输；

包层：光纤的包层由低折射率导光材料制成，如：SiO₂光纤包层材料通常为熔融石英、SiO₂—B₂O₃或SiO₂—P₂O₅。它的作用是约束光。由于纤芯和包层的折射率满足光传导条件，光波在芯包界面上可发生全反射，使大部分的光能量被阻止在芯层中，从而导致光信号沿芯层轴向向前传输。

涂覆层：光纤涂覆层是为保护裸光纤、提高光纤机械强度和抗微弯强度并降低衰减而涂覆的高分子材料层。常用材料有硅酮树脂、紫外固化丙烯酸酯UV、尼龙PA12、聚乙烯PE、硅橡胶、聚酰胺塑料、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT，聚丙烯，聚脂等。

光纤中包层光的滤除在光纤激光器特别是高功率光纤激光器中具有比较重要的作用。在光纤激光振荡器输出光纤之前加入包层光滤除器，可以除去双包层光纤的内包层中残余的泵浦光以及进入包层中的信号光，达到提高输出激光光束质量的目的。在光纤激光振荡级和放大级之间加入包层光滤除器，可以减少从振荡级进入放大级的包层光以及从放大级反向进入振荡级的包层光，达到保护激光器中元器件的目的。

传统的实用包层光滤除方法主要有化学腐蚀法和折射率匹配法。化学腐蚀法通常使用氢氟酸直接腐蚀光纤包层，减小包层的几何尺寸，使其限制光波的能力降低，同时使光纤包层表面变粗糙，从而使得包层光能够滤除出包层。该方法易于操作，但是会大幅降低光纤的机械强度和可靠性，且氢氟酸容易破坏周围光纤的涂覆层，不利于光纤的安全工作。

折射率匹配法是利用特定折射率的材料在光纤一定长度上重新涂覆内包层的表面，由于折射率差的变化而使得光纤包层的数值孔径减小，沿光纤的轴向实现对包层能量的逐步滤除。例如专利CN103269010A提出一种包层光滤除结构及其制备方法，该方法实现对包层光高效滤除的同时保证光纤具有完整的结构，但是需要选择足够透明以及折射率合适的匹配材料，设计和操作较复杂，且在高功率下耐受功率不稳定，容易由于受热而损坏，需要设计复杂的冷却结构，不利于滤除器的集成化。此外，由于不同波长的光的折射率不同，该方法受包层光的波长的影响较大。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种基于表面结晶的光纤包层光滤除方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种基于表面结晶的光纤包层光滤除方法，其包括步骤：

1）剥除一段光纤涂覆层，露出光滑的光纤包层表面，剥除涂覆层的光纤的总长度为光纤包层半径与所要完全滤除的包层光的最小数值孔径之比的0.2-1.5倍；

2）通过表面结晶的方法将光滑的光纤包层表面变粗糙；

3）剥除表面结晶处理部分两侧长度5-20mm的光纤涂覆层。

步骤1）根据需要滤除的功率比例和光纤包层直径剥除一定长度的滤除段光纤的涂覆层。例如，所述步骤1）剥除总长度为光纤包层半径与所要完全滤除的包层光的最小数值孔径之比的0.2-1倍共2-5段的光纤涂覆层，每段之间的间距为5-30mm。

或，所述步骤1）剥除总长度光纤包层半径与所要完全滤除的包层光的最小数值孔径之比的1-1.5倍，共1段的光纤涂覆层。

其中，所述的表面结晶是将包层光滤除段的光纤在室温下浸泡在氟化物和无机酸构成的处理液中，时间为5-30min。

本发明优选采用的表面结晶是将包层光滤除段的光纤在室温下浸泡在氟化物和无机酸构成的处理液中，时间为5-30min，使光纤包层表面的二氧化硅和处理液反应，生成难溶于水的氟硅酸盐晶体并在表面结晶，覆盖光纤表面。浸泡过程是将裸光纤段及其两端附近的小段光纤弯曲较小的角度后水平浸没到处理液中。