雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置及制法
【專利摘要】本發明的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置及制法，包括上導熱組件和完全相同的下導熱組件；上導熱組件沿長度方向有凹槽，上硅片通過導熱材料粘貼鑲嵌在上導熱組件的凹槽中；上硅片沿長度方向有腐蝕槽；剝除外包層的雙包層光纖的外面涂覆有高折射率材料后置于下導熱組件硅片的腐蝕槽中；把上導熱組件粘貼成為一個整體。當泵浦光在雙包層光纖的內包層中傳輸并經過該裝置時，泵浦光由高折射率聚酯材料中泄露出去，進入到硅片腐蝕槽中，硅片對泵浦光有很好的吸收，不會再反射回高折射率聚酯材料中出現二次吸收，溫度不會升高。硅片產生的熱量通過導熱組件傳導出去，保證雙包層放大器的穩定工作和輸出性能，延長使用壽命。其制法簡單實用。
【專利說明】雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置及制法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置及制法，特別是指雙包層光纖激光器及放大器輸出端、器件連接處的包層光濾除裝置。
技術背景
[0003]二十世紀八十年代，隨著半導體激光技術及光纖制備技術的發展，雙包層光纖激光器得到了快速的發展。目前，高功率雙包層光纖激光器已經實現了單模單纖萬瓦級的功率輸出。其在工業加工、醫療、檢測、軍事等領域有廣泛的應用。高功率光纖激光器以稀土摻雜雙包層光纖作為增益介質，稀土摻雜雙包層光纖以內包層傳輸多模泵浦光，以纖芯傳輸單模激射光。在內包層中傳輸的多模泵浦光經過纖芯時，被其中的摻雜稀土離子吸收并產生激射光。激射光在纖芯中以單模傳輸，通過增加泵浦功率可以獲得高功率的單模激射光輸出。由于稀土摻雜雙包層光纖的長度是一定的，因此，在內包層中傳輸的泵浦光最后總有一些沒有被纖芯中的摻雜稀土離子吸收。如果這些剩余的泵浦光進入激光輸出裝置，會對輸出裝置造成損害，進而損傷整個激光器，因此，在激光輸出裝置的前端，需要將剩余的泵浦光濾除。以輸出功率1000W的雙包層光纖激光器為例，需要的泵浦光功率大約為1700W，如果這些泵浦光有1%沒有被吸收掉，剩余泵浦光就達到17W，這將對雙包層光纖本身及輸出裝置造成損壞。
[0004]目前高功率雙包層光纖激光器所采用的泵浦光濾除裝置，大多是將雙包層光纖的低折射率涂敷層剝除，涂敷 以高折射率膠，使內包層中的泵浦光由高折射率膠中泄露出去，并將涂敷高折射率膠的這段光纖放置在導熱組件中。這種方法可以很好的將內包層中的泵浦光濾除掉，但是，問題是沒有考慮到對濾除掉的泵浦光的處理，沒有考慮導熱組件對泵浦光的反射。濾除泵浦光的這段光纖通常被放置在導熱組件中，而導熱組件所選用的導熱材料是金屬，金屬對泵浦光有高的反射率，這會使濾除的泵浦光又被反射回光纖中，造成高折射率涂敷材料對泵浦光的二次吸收，使高折射率涂敷材料溫度進一步升高，從而導致系統工作不穩定甚至燒毀。
【發明內容】
[0005]為了解決已有技術泵浦光濾除裝置中的導熱組件對泵浦光反射，從而造成高折射率涂覆材料損傷的問題。本發明提供一種既可以傳導熱量，又可以吸收被濾除泵浦光的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置及制法。
[0006]本發明提供的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置，包括上導熱組件I和與上導熱組件I形狀、結構、尺寸完全相同的下導熱組件；上導熱組件I是一個長方體，長方體的一個表面的中心沿長度方向有凹槽6,上娃片2的形狀與凹槽6相同，上娃片2通過導熱材料粘貼鑲嵌在上導熱組件I的凹槽6中；上導熱組件I和下導熱組件的材料是金屬銅或鋁；上硅片2的表面中心沿長度方向有腐蝕槽3 ；
下導熱組件的凹槽向上，剝除外包層的雙包層光纖5的外面涂覆有高折射率材料4后置于下導熱組件的下硅片的腐蝕槽中；把上導熱組件I凹槽向下置于下導熱組件上面，通過導熱材料把上導熱組件I和下導熱組件，及上硅片2和下硅片粘貼成為一個整體。
[0007]雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置的制備方法，其步驟和條件如下:
1、硅片的制備:
(1)選擇上娃片；
(2)將上硅片進行濕氧氧化形成SiO2層，氧化爐溫度為1100°C,氧化時間I小時,水溫95 °C,氧氣流量2L/min ；
(3)通過光刻工藝去除去上硅片放置雙包層光纖腐蝕槽對應處的SiO2，形成一個長方形的條形的無SiO2區域；
(4)采用四甲基氫氧化銨對上硅片進行各向異性腐蝕，腐蝕液濃度為30%wt，腐蝕溫度為80°C，腐蝕速度約0.8 μ m/min，形成放置雙包層光纖腐蝕槽；
(5)用HF酸溶液去除上硅片表面的SiO2，完成放置雙包層光纖腐蝕槽的制備；
(6)把上硅片2通過導熱材料粘貼鑲嵌在上導熱組件I的凹槽6中；
I1、雙包層光纖的外涂覆層的剝除和涂覆高折射率聚酯材料:
(1)用剝纖鉗或光纖涂敷層熱剝除器將雙包層光纖的低折射率涂敷層剝除掉，形成剝除外包層的雙包層光纖；
(2)用酒精清潔剝除外包層的雙包層光纖；
(3)用光纖涂覆機在剝除外包層的雙包層光纖上涂覆一層高折射率聚酯材料；
II1、包層光濾除裝置的制備:
下導熱組件的凹槽向上，剝除外包層的雙包層光纖5的外面涂覆有高折射率材料4后置于下導熱組件硅片的腐蝕槽中；把上導熱組件I凹槽向下置于下導熱組件上面，通過導熱材料把上導熱組件I和下導熱組件，及上硅片2和下硅片粘貼成為一個整體。
[0008]本發明的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置還可以用于雙包層光纖激光器的放大器。
[0009]有益效果:本發明的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置及制法，克服傳了統泵浦光濾除裝置中的導熱組件對泵浦光反射，從而造成高折射率涂覆材料損傷的問題。提供一種既可以傳導熱量，又可以吸收被濾除泵浦光的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置。當泵浦光在雙包層光纖的內包層中傳輸并經過該裝置時，泵浦光由高折射率聚酯材料中泄露出去，泄露出去的泵浦光進入到硅片腐蝕槽中，由于硅片對泵浦光有很好的吸收，因此，由內包層經高折射率聚酯材料泄露到硅片腐蝕槽中的泵浦光會被硅片吸收，不會再反射回高折射率聚酯材料中，高折射率聚酯材料中不會再有泵浦光的二次吸收，高折射率聚酯材料的溫度不會進一步升高，保證了系統的穩定工作。硅片吸收泵浦光后，熱量增加，溫度升高，其產生的熱量通過導熱組件傳導出去，保證雙包層光纖激光器和放大器的穩定工作和輸出性能，延長使用壽命。該裝置制備方法簡單，適合批量生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1本發明的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置結構示意圖圖2本發明的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置制備流程示意圖。
【具體實施方式】
[0011]實施例1如圖1所示，雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置包括上導熱組件I和與上導熱組件I形狀、結構、尺寸完全相同的下導熱組件；上導熱組件I是一個長方體，長方體的一個表面的中心沿長度方向有凹槽6,上娃片2的形狀與凹槽6相同，上娃片2通過導熱材料粘貼鑲嵌在上導熱組件I的凹槽6中；上導熱組件和下導熱組件的材料是金屬銅或鋁；上硅片2的表面中心沿長度方向有腐蝕槽3 ；
下導熱組件的凹槽向上，剝除外包層的雙包層光纖5的外面涂覆有高折射率材料4后置于下導熱組件硅片的腐蝕槽中；把上導熱組件I凹槽向下置于下導熱組件上面，通過導熱材料把上導熱組件I和下導熱組件，及上硅片2和下硅片粘貼成為一個整體。 [0012]如圖2所示，雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置的制備方法，其步驟和條件如下:
(1)選擇η型、P型或本征〈100〉晶向上硅片2；
(2)將硅片2進行濕氧氧化形成SiO2層7，氧化爐溫度為1100°C，氧化時間I小時，水溫95 °C，氧氣流量2L/min ；
(3)通過光刻工藝去除去上硅片2腐蝕槽3對應處的SiO2，形成一個長方形的條形的無SiO2區域8 ;
(4)采用四甲基氫氧化銨對上硅片2進行各向異性腐蝕，腐蝕液濃度為30%wt，腐蝕溫度為80°C，腐蝕速度約0.8 μ m/min，形成腐蝕槽3 ;腐蝕槽3的橫截面是梯形或V形；使上硅片2和下硅片形成的腐蝕槽的橫截面是六邊形或菱形。
[0013](5)用HF酸溶液去除硅片表面的SiO2，完成腐蝕槽3的制備；
(6)把上硅片2通過導熱材料粘貼鑲嵌在上導熱組件I的凹槽6中；
I1、雙包層光纖的外涂覆層的剝除和涂覆高折射率聚酯材料:
(1)用剝纖鉗或光纖涂敷層熱剝除器將雙包層光纖的低折射率涂敷層剝除掉，形成剝除外包層的雙包層光纖5 ；
(2)用酒精清潔剝除外包層的雙包層光纖5；
(3)用光纖涂覆機在剝除外包層的雙包層光纖5上涂覆一層高折射率聚酯材料4；
II1、包層光濾除裝置的制備:
下導熱組件的凹槽向上，剝除外包層的雙包層光纖5的外面涂覆有高折射率材料4后置于下導熱組件硅片的腐蝕槽3中；把上導熱組件I凹槽向下置于下導熱組件上面，通過導熱材料把上導熱組件I和下導熱組件，及上硅片2和下硅片粘貼成為一個整體。
[0014]得到的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置在剝除外包層的雙包層光纖5的內包層中傳輸的泵浦光由高折射率聚酯材料4泄漏到硅片腐蝕槽3中，然后被硅片2所吸收，不會被反射回高折射率聚酯材料4中，防止了泵浦光在高折射率聚酯材料4中的二次吸收，從而使高折射率聚酯材料4的溫度不會進一步增加，保證了系統的穩定性。硅片2吸收泵浦光后熱量增加，溫度上升，其增加的熱量從導熱組件I中傳導出去。
【權利要求】
1.雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置，其特征在于包括上導熱組件(I)和與上導熱組件(I)形狀、結構、尺寸完全相同的下導熱組件；上導熱組件(I)是一個長方體，長方體的一個表面的中心沿長度方向有凹槽(6),上娃片(2)的形狀與凹槽(6)相同，上娃片(2)通過導熱材料粘貼鑲嵌在上導熱組件(I)的凹槽(6)中；上導熱組件(I)和下導熱組件的材料是金屬銅或鋁；上硅片(2)的表面中心沿長度方向有腐蝕槽(3)； 下導熱組件的凹槽向上，剝除外包層的雙包層光纖(5)的外面涂覆有高折射率材料(4)后置于下導熱組件的下硅片的腐蝕槽中；把上導熱組件(I)凹槽向下置于下導熱組件上面，通過導熱材料把上導熱組件(I)和下導熱組件，及上硅片(2)和下硅片粘貼成為一個整體。
2.如權利要求1所述的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置，其特征在于，所述的上硅片(2)的材料是η型硅、P型硅或本征硅。
3.如權利要求1所述的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置，其特征在于，所述的腐蝕槽(3)的橫截面是梯形或V形。
4.如權利要求1所述的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置，其特征在于，所述的雙包層光纖(5)為雙包層非摻雜石英光纖、雙包層稀土摻雜石英光纖、雙包層光子晶體光纖、雙包層氟化物光纖、雙包層塑料光纖。
5.如權利要求1所述的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置，其特征在于，所述的上硅片(2)和下硅片形成的腐蝕槽的橫截面是六邊形或菱形。
6.如權利要求1所述的雙包層光纖激光器的包層光濾除裝置的制備方法，其特征在于，其步驟和條件如下: ` 1、硅片的制備:`` (1)選擇上硅片(2)； (2)將上硅片(2)進行濕氧氧化形成SiO2層，氧化爐溫度為1100°C，氧化時間I小時，水溫95 °C，氧氣流量2L/min ； (3)通過光刻工藝去除去上硅片(2)放置雙包層光纖腐蝕槽對應處的SiO2，形成一個長方形的條形的無SiO2區域； (4)采用四甲基氫氧化銨對上硅片(2)進行各向異性腐蝕，腐蝕液濃度為30%wt，腐蝕溫度為80°C，腐蝕速度約0.8ym/min，形成腐蝕槽(3);腐蝕槽(3)的橫截面是梯形或V形；上硅片(2)和下硅片形成的腐蝕槽的橫截面是六邊形或菱形。 (5)用HF酸溶液去除硅片表面的SiO2，完成放置雙包層光纖腐蝕槽的制備； (6)把上硅片(2)通過導熱材料粘貼鑲嵌在上導熱組件(I)的凹槽(6)中； I1、雙包層光纖的外涂覆層的剝除和涂覆高折射率聚酯材料: (1)用剝纖鉗或光纖涂敷層熱剝除器將雙包層光纖(5)的低折射率涂敷層剝除掉，形成剝除外包層的雙包層光纖(5)； (2)用酒精清潔剝除外包層的雙包層光纖(5)； (3)用光纖涂覆機在剝除外包層的雙包層光纖(5)上涂覆一層高折射率聚酯材料； II1、包層光濾除裝置的制備: 下導熱組件的凹槽向上，剝除外包層的雙包層光纖(5)的外面涂覆有高折射率材料(4)后置于下導熱組件硅片的腐蝕槽中；把上導熱組件(I)凹槽向下置于下導熱組件上面，通過導熱材料把上導熱組件(I)和下導熱組件，及上硅片(2)和下硅片粘貼成為一個整體。
【文檔編號】H01S3/042GK103606805SQ201310495241
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】王薊, 王國政, 孔梅, 丁蘊豐, 金光明 申請人:長春理工大學