包层抽运技术是光纤激光器产生高功率信号激光输出的关键技术之一。然而，在高功率全光纤激光器中，双包层光纤的包层结构中不可避免地含有残余抽运光、放大自发辐射和因非理想熔接、光纤弯曲等因素泄漏的信号光，这些包层光会恶化输出激光的光束质量，甚至损坏半导体抽运源和激光器系统中的其他光纤器件，例如准直器、光纤合束器等，从而严重影响了激光器的稳定性。因此，如何将包层光可靠、高效地从包层波导中剥离是研制高功率全光纤激光器的关键问题之一。

　　近年来，美国、英国、加拿大、伊朗、中国等国家的研究人员均开展了CLS制备技术的研究，通过设计多种剥离结构或提出不同的制备方法。国内外CLS的制备技术方案主要分为3种：基于折射效应、基于吸收效应和基于散射效应的。

　　　　基于折射效应的剥离技术

　　关于添加高折射率层的CLS制备方法的研究开展得较早。该方法利用所添加的高折射率层的折射率高于光纤包层折射率的特点，将包层光折射出光纤包层之外，其剥离效果与折射率差值相关。最常用的CLS制备方法是采用涂覆高折射率胶的方法，见图1。基于此，研究者设计不同的剥离结构以优化器件的温升性能。

　　图1 分段剥离不同涂覆层区域的级联式剥离器制作原理图

　　　　基于吸收效应的CLS技术

　　在光纤包层表面包裹软金属材料是制备CLS的另一种技术方案，见图2。该方案利用金属对包层光的吸收特性产生包层光衰减。金属与包层的接触面积是影响CLS衰减系数和热扩散能力的重要因素。

　　图2 铟制剥离器横截面图

　　　　基于散射效应的CLS技术

　　对于高功率光纤激光器，光纤包层中残余的抽运光可达数百瓦，对CLS温度特性提出了更高的要求。基于散射效应CLS的原理为：通过破坏原本平滑的光纤包层表面，使包层光在包层与空气界面处发生散射，产生包层光衰减。基于散射效应的CLS的制作方法主要包括光纤表面腐蚀和激光微加工等。

　　采用光纤表面腐蚀工艺

　　基于全腐蚀结构的包层功率CLS是将刻蚀胶作用于光纤包层表面，刻蚀胶包含氢氟酸和酸性氟化物，两者化学反应生成的氟硅酸盐晶体牢牢附着在光纤包层表面，如图3所示。

　　该结构表面可发生随机光散射，能够将包层光导出。2013年，Kliner等利用该方法，结果有效剥离区域的长度为180 mm，当输入包层光数值孔径分别为0.05, 0.13，0.44时，分别获得了6 dB、14 dB、27 dB的功率衰减系数。无主动冷却条件下，该器件在最高测试功率500 W下稳定运行6 h。这种制备方案预示腐蚀方法在提升器件剥离功率性能方面具有巨大的潜力。

　　图3 不同时刻下被腐蚀的光纤表面光学显微图

　　也有利用石英玻璃管制作腐蚀型CLS的方法。该方法的优势在于增强了该类型器件的机械强度并优化温升性能。在200 W的包层光功率下，获得最大20 dB的包层衰减系数，且最高温度为39 ℃。

　　利用激光器在光纤表面进行微加工

　　Boehme等人于2014年提出了一种利用脉冲激光沉积工艺改变光纤表面结构的CLS制作方法。实验装置如图4所示，将500 μm无芯光纤外包层剥离80 mm，并将光纤固定于可移动光纤夹持器上，在待加工光纤下方放置排气装置和熔融石英基质。

　　图4 实验装置示意图

　　首先，将二氧化碳(CO2)激光器发出的激光聚焦于熔融石英基质上，使其蒸发并在光纤表面沉积。其次，沿水平方向移动并旋转光纤，使熔融石英在待加工光纤表面均匀沉积。最后，利用CO2激光器形成环形激光光束，利用激光光束局部融化光纤上的熔融石英沉积物，从而可光纤表面形成具有特殊结构CLS。

　　在无主动冷却的条件下，该器件在200 W的光功率下进行2 h的稳定性测试，获得了最大10 dB的衰减系数，表面温度达135 ℃。

　　2016年Berisset等利用紫外激光器对光纤进行微加工，利用光纤表面形成的纹理来实现包层光剥离，如图7所示。对包层全表面进行微加工处理，制得条纹深度为7.5 μm 的 CLS，测试获得了最大15.2 dB的功率衰减系数，温升系数为1 ℃/W;当剥离功率约为11 W时，器件升温至38 ℃。

　　Boyd等使用CO2激光器在光纤包层表面生成周期消融沟道，以完成CLS的制备。将包层直径为400 μm、纤芯直径为20 μm的光纤剥除60 mm涂覆层，并将其固定于垂直步进电机上，用直径为25.4 mm、焦距为50 mm的硒化锌(ZnSe)透镜将激光聚焦于光纤表面，通过改变激光脉冲宽度来控制光纤表面消融深度，从而实现包层光的剥离。

　　对熔断深度为35 μm、熔断间隔为620 μm、总长为60 mm的CLS进行测试,当输入光功率为300 W时，功率衰减系数提高至20 dB，表面温度达80℃。

　　　　基于折射效应结合散射效应的剥离技术

　　Poozesh等于2012年提出了腐蚀法结合高折射率胶涂覆法来制作CLS的方案。器件剥离结构如图5所示。首先，使用氢氟酸将裸纤腐蚀成20 mm的锥形区和30 mm的直区(直径为160 μm);然后用氢氟酸蒸气毛化锥形区表面，以形成微孔结构;最后在锥形区和直区上分别涂覆折射率为1.37和1.56的紫外光固化胶，并将该结构嵌入铜热沉中通水冷却。最高测试功率为90 W，包层光功率衰减系数可达16.7 dB，最高温度不超过52.7 ℃。

　　图5 锥形光纤原理图

　　Yan等于2016年展示了一种将腐蚀工艺与涂覆高折射率层结合的级联式CLS制作方案。该器件由4级组成，总长为1.5 m，如图6所示。

　　图6 千瓦级剥离器结构原理图

　　将经氢氟酸和酸性氟化物腐蚀处理并涂覆低折射率紫外光固化胶(n<1.4)的裸纤作为剥离结构的第一级(长度为80 mm)，以均匀剥除一部分包层光。使用高折射率紫外光固化胶(1.44≤n≤1.451)涂覆的裸纤作为剥离结构的第2、3级。使用高折射率紫外光固化胶(n>1.48)涂覆的裸纤作为剥离结构的第4级。每一级CLS的长度均为200 mm，用来剥除其余部分的包层光，使用4块通水热沉分别对4级剥离区域进行高效散热。在功率为1187 W的包层光下获得了最大26.59 dB的衰减系数，器件整体最高温度为35 ℃。

　　　　国外各CLS制备方法的对比

　　表1总结了已报道不同CLS制备技术下包层光剥离器的性能指标及其特点。

　　表1不同制备技术下包层光剥离器性能比较

　　综合以上对各类CLS制备技术及剥离效果的阐述，可以看出：

　　●基于涂覆高折射率胶制作CLS时，器件均需要在高强度的通水热沉冷却下才能稳定工作，使用时需要充分考虑散热问题，且高折射率胶本身高温耐受性差，限制了该类型器件的功率承载能力;

　　●在无主动冷却条件下，腐蚀型的CLS将包层光直接散射至空气中，器件制作过程中未引入易热损伤的介质，大大提高了器件的热处理能力，CLS承载功率达数百瓦，且在合适的长度上具有高剥离系数，在高功率应用中具有很大的优势;

　　●应用毛细玻璃管制备的CLS可显著提高器件的温度性能和机械强度，毛细玻璃管是一种强有效的辅助结构;

　　●利用金属包裹制作CLS的方案比较新颖，但是其剥离能力有限;

　　●利用先进的激光表面微加工方法制备CLS，其制备效率高，重复性好，但制备装置要求高精密的机械与光学控制，且制备过程中易引入光纤波导熔融弯曲形变;

　　●将腐蚀法应用于高折射率胶涂覆型CLS的制作中，可实现包层光数值孔径的预先衰减，大大降低了后续高折射率胶剥离区域的热负载，精密配置多种高折射率胶可有效地降低器件温升系数，但是增加了器件长度，影响了器件结构紧凑性。

　　未来对CLS的研究将主要着力于进一步提高剥离功率和增大衰减系数，以制备出低温升系数、高衰减系数的紧凑型器件，使其服务于更高输出功率的全光纤激光器。添加高折射率层、制备光纤表面微结构是CLS技术发展的主流方向，相应的制备方法也将多元化。另外，采用毛细玻璃管作为制备CLS的辅助结构可使器件同时满足高衰减、低温升和高机械强度的性能要求。

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