激光准直光纤、系统、制作方法及存储介质

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，具体而言，涉及一种激光准直光纤、系统、制作方法及存储介质。

背景技术

现有的高功率光纤激光的准直输出，主要针对连续输出的单波长或带宽较小的光纤激光器。普遍的技术原理是通过输出端帽耦合准直透镜等光学元件的方法实现准直输出，必要时再配合一定的热控制和冷却手段；而对于高功率宽谱激光的准直输出来说，则主要集中于输出端面的处理，以实现高功率宽谱激光的安全引出和输出端面处返回光的有效控制。

但是在高功率宽谱激光的输出过程中，仅仅通过输出端帽的处理只是解决了高功率宽谱激光的安全输出和输出端面返回光的有效抑制，并未处理传输光纤中的泵浦残余光，从而对输出激光的质量产生影响。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种激光准直光纤、系统、制作方法及存储介质，以改善现有技术中存在的无法通过传输光纤对泵浦残余光进行处理问题。

本申请实施例提供了一种激光准直光纤，所述激光准直光纤包括传输光纤和输出端帽；所述传输光纤包括用于接收输入激光的第一输入端以及用于输出所述输入激光的第一输出端，所述输出端帽包括用于从所述第一输出端接收激光的第二输入端以及用于输出激光的第二输出端；所述传输光纤从所述第一输入端至所述第一输出端依次设置有腐蚀区和塌缩区，所述腐蚀区用于剥除所述传输光纤中泵浦残余光，所述塌缩区位于所述第一输出端的端面，所述塌缩区用于与所述输出端帽连接。

在上述实现过程中，将传输光纤通过塌缩区与输出端帽连接，以实现为破坏掉光子晶体光纤输出端的空间结构形成基础，并通过腐蚀区剥除传输光纤中泵浦残余光，从而提高了激光准直光纤输出高功率宽谱的激光质量和稳定性。

可选地，所述第一输出端的端面为斜角切除面，所述斜角切除面用于回光抑制。

在上述实现过程中，通过斜角切除面进行回光抑制，能够有效降低高功率情况下返回光对前端光路的影响，从而提高了激光准直光纤输出高功率宽谱的激光质量和稳定性。

可选地，所述第一输出端的第一预设长度区域和所述第二输入端的第二预设长度区域为熔接区，所述熔接区用于将所述输出端帽熔接于所述塌缩区。

在上述实现过程中，通过熔接方式在传输光纤的塌缩区连接输出端帽，并在熔接过程中实现传输光纤与输出端帽的有效塌缩，以破坏掉传输光纤输出端的空间结构，再对塌缩区进行斜角切除，进而破坏残余泵浦光在传输光纤包层中的传输条件，实现传输光纤包层中残余泵浦光的有效剥除，为高功率宽谱激光的稳定输出提供有利的输出条件。

可选地，所述输出端帽为单模匹配光纤。

在上述实现过程中，利用单模匹配光纤的色散小的特点，降低高功率宽谱激光在传输光纤中的衰减，提高其带宽和传输距离，从而提高了高功率宽谱激光的传输质量。

可选地，所述传输光纤为光子晶体光纤。

在上述实现过程中，光子晶体光纤可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输，且包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质，因此可以通过腐蚀区、塌缩区对光子晶体光纤的激光进行调控，从而能够提高高功率宽谱激光的传输质量和稳定性。

本申请实施例还提供了一种激光准直系统，所述激光准直系统包括：离轴抛面镜和所述激光准直光纤，所述激光准直光纤的第二输出端的端面位于所述离轴抛面镜的焦点，所述离轴抛面镜用于对所述激光准直光纤传输来的激光进行准直输出。

在上述实现过程中，引入离轴抛面镜，结合传输光纤的复合处理，将传输光纤的输出端面精确调节至离轴抛面镜的焦点位置，从而实现高功率宽谱光纤激光的稳定准直输出。

可选地，所述激光准直系统还包括高精度位移台，所述高精度位移台用于将所述激光准直光纤的第二输出端的端面位移至所述离轴抛面镜的焦点处。

在上述实现过程中，通过高精度位移台对激光准直光纤进行精确移动，从而使其与离轴抛面镜的焦点准确匹配，提高了最终输出激光的准直性。

可选地，所述激光准直系统还包括夹持件，所述夹持件用于固定所述输出端帽。

在上述实现过程中，通过夹持件对输出端帽进行固定，避免因传输光纤活动产生输出不稳定的问题，提高了高功率宽谱激光的输出稳定性。

本申请实施例还提供了一种激光准直光纤制作方法，所述方法包括：步骤a.通过熔接机将光子晶体光纤的第一输出端和单模匹配光纤的第一输入端进行熔接，并在所述熔接过程中实现所述第一输出端的塌缩以形成塌缩区；步骤b.对所述光子晶体光纤靠近所述塌缩区的非塌缩区进行腐蚀，所述非塌缩区为所述光子晶体光纤未塌缩部分；步骤c.通过高精度位移台平移所述光子晶体光纤，以使所述光子晶体光纤的输出端帽的输出端位于离轴抛面镜的焦点处；步骤d.通过夹持件对所述输出端帽进行夹持固定。

在上述实现过程中，通过熔接机在传输光纤中形成塌缩区进行斜角切除并连接输出端帽，通过塌缩区与输出端帽连接，以实现为破坏掉光子晶体光纤输出端的空间结构，再对塌缩区进行斜角切除，实现了传输光纤的回光抑制，并通过腐蚀区剥除传输光纤中泵浦残余光，通过离轴抛面镜进行激光准直，从而提高了激光准直光纤输出高功率宽谱的激光质量和稳定性。

本申请实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器运行时，执行上述任一项所述方法中的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种激光准直光纤的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种激光准直系统的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的一种激光准直光纤制作方法的流程示意图。

图4为本申请实施例提供的一种激光准直光纤制作装置的模块示意图。

图标：10-激光准直光纤；11-传输光纤；111-腐蚀区；112-塌缩区；113-熔接区；12-输出端帽；13-斜角切除面；20-激光准直系统；21-离轴抛面镜；40-激光准直光纤制作装置；41-熔接模块；42-腐蚀模块；43-位移模块；44-固定模块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

经本申请人研究发现，对于高功率宽谱激光的准直输出，现有技术在高功率宽谱激光的输出过程中，仅仅通过输出端帽的处理只是解决了高功率宽谱激光的安全输出和输出端面返回光的有效抑制，并未对残余泵浦光进行处理，因此会对最终的输出高功率宽谱激光造成质量影响。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种激光准直光纤10，请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种激光准直光纤的结构示意图。

以图1中的激光准直光纤10为例，光信号在激光准直光纤10中从右至左传输，则激光准直光纤10包括传输光纤11和输出端帽12，传输光纤11的右末端为第一输入端、左末端为第一输出端，输出端帽12的右末端为第二输入端、左末端为第二输出端，光信号从右至左分别通过传输光纤11的第一输入端、第一输出端以及输出端帽12的第二输入端和第二输出端。

传输光纤11从第一输入端至第一输出端依次设置有腐蚀区111和塌缩区112，可选地，本实施中腐蚀区111和塌缩区112不重合。

在光纤激光器系统中，由于非线性效应的影响，增益光纤不能做的足够长，这直接导致了双包层光纤的内包层中残留了一定的泵浦光，在高功率光纤激光器中，这个功率可以达到百瓦级，除此之外还有增益光纤工作时产生的自发辐射光，以及光纤熔接时泄露到光纤内包层的信号光。这些残余光在光纤内包层中传输，如果不剥离干净，将降低光纤激光器的光束质量，对光纤激光系统后面链路中的器件产生很大的危害。现有的光纤包层残余泵浦光剥离器主要是通过酸腐蚀、烧结、打痕等方式破坏光纤保护层与外包层的方式实现泵浦光的去除。本实施例中将双包层光纤腐蚀成光纤锥，然后在光纤锥外涂高折胶方法形成腐蚀区111作为光剥除器，对进行包层功率剥除，这种方法既可以解决光泄露过于集中又可以去除低数值孔径的包层光，从而对传输光纤11中的泵浦残余光进行剥离。

可选地，腐蚀区111整体偏离传输光纤11输出端的塌缩区5-10毫米，整个腐蚀区111的长度可以为5cm左右。腐蚀区111需采用有效的腐蚀液对光子晶体光纤的石英包层进行腐蚀约25分钟。

可选地，本实施例中的传输光纤11可以为光子晶体光纤，光子晶体光纤(PhotonicCrystal Fibers,PCF)又被称为微结构光纤（Micro-Structured Fibers, MSF)，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在低折射率的光纤芯区传播。光子晶体光纤按照其导光机理可以分为两大类：折射率导光型（IG-PCF)和带隙引导型（PCF），折射率引导型光子晶体光纤又可以分成:无截止单模型、增强非线性效应型和增强数值孔径型等，而光子带隙型光子晶体光纤又可以分成:蛛网真空型和布拉格反射型等，本实施例可以根据高功率宽谱激光的传输需求进行灵活选择。

光子晶体光纤因其具有无截止单模传输、模场面积可控、高非线性、优良双折射效应和高数值孔径等特性，因而在光通信、大功率传输、光纤激光器、超连续谱等方面有着广阔的应用。其特有的空气孔结构，使得其不能像常规石英光纤那样进行切割、熔接。所以必须采用特殊工艺对PCF端面进行处理，诸如熔接端帽，一方面来改善高功率条件下端面由于温度上升所引起的污染和端面损伤；另一方面提高光子晶体光纤端面的抗损伤阈值，也为PCF全光纤应用打下基础。

传统的光纤端帽是采用光学冷加工的技术得到，然后利用光纤熔接机将加工好的柱状端帽与光纤进行熔接。这一技术在熔接双包层全固态光纤端帽时相对容易，但对于空气孔结构的光子晶体光纤而言，由于空气孔结构的存在导致光纤切割和研磨都极难处理，因此进行端帽熔接方面一直存在较大难度。因此本实施例中对传输光纤11的靠近输出端帽12的区域在熔接过程中实现空气孔的均匀同步塌缩固化形成塌缩区112，以破坏掉光子晶体光纤输出端的空间结构，能够获得光子晶体光纤一体化的输出端帽12，从而提高为后续进行回光抑制提供基础。

由于塌缩区112用于熔接传输光纤11和输出端帽12，因此其还包括熔接于传输光纤11后的输出端帽12的一部分。

可选地，熔接后形成一体化的输出端帽12后还可以对输出端帽12进行斜角切割形成斜角切除面13，能够有效降低高功率情况下返回光对前端光路的影响，从而实现回光抑制。

应当注意的是，由于需要在传输光纤11熔接输出端帽12后在塌缩区112进行斜角切割形成一体化端帽，则输出端帽12在熔接时需要覆盖整个塌缩区112，或者至少要覆盖至斜角切除面13的定位位置。具体地，熔接区113可以包括传输光纤11的第一输出端的第一预设长度区域以及输出端帽12的第二输入端的第二预设长度区域，该第一预设长度区域和第二预设长度区域可以根据熔接的具体需求进行调整，图1中椭圆形区域为熔接区113。

可选地，本实施例中的输出端帽12可以采用单模匹配光纤，单模光纤只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好，适用于远程通讯。采用单模光纤的光纤通信称为单模光纤系统。单模光纤系统有许多独特的优点，如衰减比多模光纤低，带宽更宽，可以在更长的距离传输更多的信息等。

进一步地，对于高功率宽谱激光的准直输出，现有技术中对于输出端帽耦合准直透镜实现高功率、单波长连续激光的方案来说，准直透镜等光学元件往往都是针对单一波长激光而设计的，当输出激光具有数百nm乃至上千nm的光谱带宽时，该方案无法实现覆盖整个光谱的准直输出，即无法解决高功率宽谱激光的准直输出。另一方面，在高功率宽谱激光的输出过程中，仅仅通过输出端帽的处理只是解决了高功率宽谱激光的安全输出和输出端面返回光的有效抑制，并没有对输出后的高功率宽谱激光传输特性进行限制，事实上离开输出端帽后的高功率宽谱激光会迅速发散掉，并没有解决其准直问题，难以适应长距离传输的应用需求。

因此本实施例还提供了一种激光准直系统20，请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种激光准直系统的结构示意图。

激光准直系统20包括上述激光准直光纤10和离轴抛面镜21。

其中，激光准直光纤10的输出端帽12的输出端即第二输出端的端面位于离轴抛面镜21的焦点，离轴抛面镜21用于对激光准直光纤10传输来的激光进行准直输出。

离轴抛面镜21是将平面波变换为球面波、将球面波变换为平面波的镜，是在需要高分辨率的分光器、天体观测光学装置中常用的非球面镜。球面镜在离轴的一般使用条件下，存在球面像差、非点像差，是造成无法实现覆盖宽谱整个光谱准直输出的重要原因。离轴抛物面镜在原理上可对高功率宽谱激光整个光谱准直输出，在焦点距离短的激光传输系统中，也可实现高功率宽谱激光传输特性进行限制，解决其高功率宽谱激光离开输出端帽12后会迅速发散的准直问题。

可选地，本实施例中的离轴抛面镜21的镀膜类型、尺寸、离轴角度等可以根据激光准直光纤10以及激光准直系统20具体输出需求进行灵活调整。

可选地，激光准直系统20还可以包括高精度位移台，通过高精度位移台位移激光准直光纤10，以调整激光准直光纤10的输出端帽12的输出端面位于离轴抛面镜21的焦点。

可选地，激光准直系统20还可以包括夹持件，在将激光准直光纤10的输出端帽12的输出端面移动至离轴抛面镜21的焦点处后，通过夹持件对激光准直光纤10进行夹持固定。

在获取激光准直光纤10时，需要采用特定的制作设备和方式才能完成其制作，因此本实施例还提供了一种激光准直光纤制作方法，请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种激光准直光纤制作方法的流程示意图。该激光准直光纤制作方法的具体步骤可以如下：

步骤S31:通过熔接机将光子晶体光纤的第一输出端和单模匹配光纤的第一输入端进行熔接，并在熔接过程中实现第一输出端的塌缩以形成塌缩区。

可选地，熔接机要求放电参数可调，以实现熔接过程中传输光纤11即光子晶体光纤的输出端的有效塌缩。

具体地，熔接机可以是单模光纤熔接机，按照熔接机自身的标准放电强度，将传输光纤11光子晶体光纤的输出单与一根普通的单模光纤熔接，该熔接应当能够将光子晶体光纤的输出端150微米内的区域塌缩。其中，普通单模光纤可以选用Hi1060或其他任意类型。

进一步地，在步骤S31中还可以在形成的塌缩区中利用切割刀进行斜角切割。

可选地，切割刀需要具备切割角度和切割拉力可调，以实现光子晶体切割角度的有效可控。

具体地，利用光纤切割刀（例如CT101型号等）按照图1所示的位置进行斜角切割，切割位置处于上述塌缩区，且确保切割完后光子晶体光纤的输出端的塌缩区还有100微米左右。

其中，上述斜角切割的切割角度可以为6°到8°，为此，需要优化调整光纤切割刀拉力大小，例如CT101型号的切割刀所需拉力为200g。

步骤S32：对光子晶体光纤靠近塌缩区的非塌缩区进行腐蚀。

步骤S33：通过高精度位移台平移光子晶体光纤，以使光子晶体光纤的输出端帽的输出端位于离轴抛面镜的焦点处。

步骤S34：通过夹持件对输出端帽进行夹持固定。

为了配合上述激光准直光纤制作方法，本实施例还提供了一种激光准直光纤制作装置40，请参考图4，图4为本申请实施例提供的一种激光准直光纤制作装置的模块示意图。

激光准直光纤制作装置40包括：

熔接模块41，用于通过熔接机将光子晶体光纤的第一输出端和单模匹配光纤的第一输入端进行熔接，并在熔接过程中实现第一输出端的塌缩以形成塌缩区；

腐蚀模块42，用于对光子晶体光纤靠近塌缩区的非塌缩区进行腐蚀；

位移模块43，用于通过高精度位移台平移光子晶体光纤，以使光子晶体光纤的输出端帽的输出端位于离轴抛面镜的焦点处；

固定模块44，用于通过夹持件对输出端帽进行夹持固定。

本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器读取并运行所述程序指令时，执行本实施例提供的激光准直光纤制作方法中任一项所述方法中的步骤。

应当理解是，该电子设备可以是个人电脑（Personal Computer，PC）、平板电脑、智能手机、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）等具有逻辑计算功能的电子设备，以配合熔接机、切割刀、高精度位移台、夹持件等设备完成激光准直光纤制作方法。

本申请实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行激光准直光纤制作方法中的步骤。

综上所述，本申请实施例提供了一种激光准直光纤、系统、制作方法及存储介质，该激光准直光纤包括传输光纤和输出端帽；输入激光从所述传输光纤的第一输入端输入，经过所述传输光纤的第一输出端传输至所述输出端帽的第二输入端，再从所述输出端帽的第二输出端输出；所述传输光纤从所述第一输入端至所述第一输出端依次设置有腐蚀区和塌缩区，所述腐蚀区用于剥除所述传输光纤中泵浦残余光，所述塌缩区位于所述第一输出端的端面，所述塌缩区用于与所述输出端帽连接。

在上述实现过程中，将传输光纤通过塌缩区与输出端帽连接，以实现为破坏掉光子晶体光纤输出端的空间结构形成基础，并通过腐蚀区剥除传输光纤中泵浦残余光，从而提高了激光准直光纤输出高功率宽谱的激光质量和稳定性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的框图显示了根据本申请的多个实施例的设备的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。因此本实施例还提供了一种可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行区块数据存储方法中任一项所述方法中的步骤。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RanDom Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。