CN101609179A - 多接头耦合型双包层光纤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多接头耦合型双包层光纤及其制备方法,所述的多接头耦合型双包层光纤,是在一根双包层光纤上依次间隔一定距离的多处内包层上各熔接一根传能光纤而构成。本发明与在先技术相比,具有多路泵浦光的分布式耦合的特点,避免了泵浦光从同一点注入双包层光纤产生大量热而烧坏光纤,可大大提高全光纤化的泵浦耦合装置的散热能力,提高了总的泵浦光功率,以实现高功率光纤激光输出。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器和光纤放大器,特别一种用于光纤激光器或光纤放大器中泵浦光耦合的多接头耦合型双包层光纤及其制备方法。
背景技术
在光纤激光器和光纤放大器的泵浦耦合的各种技术中,利用光纤拉锥来制备泵浦耦合装置是一种非常有用的技术。在先技术中,所设计的泵浦耦合装置多为熔融拉锥式的光纤合束器,参见在先技术[US patent 5864644,1999],这种光纤合束器可以提供一定的泵浦光耦合效率,但是由于所有传输泵浦光的传能光纤集中在一个拉锥区域,这使得锥区的发热较为明显,因此这种光纤合束器所能承受的总的泵浦光功率有限,不利于实现高功率条件下的泵浦。并且由于多根传能光纤需要熔融拉锥成一个锥区,制作工艺也较为繁琐。
发明内容
本发明的目的在于克服上述在先技术的不足,提供一种多接头耦合型双包层光纤及其制备方法,以提高全光纤化的泵浦耦合装置的散热能力和系统的集成性,提高总的泵浦光功率,以实现高功率光纤激光输出。
本发明的技术解决方案是:
一种用于光纤激光器或光纤放大器中泵浦光耦合的多接头耦合型双包层光纤,特点是:在一根双包层光纤上依次间隔一定距离的多处内包层上各熔接一根传能光纤而构成。
所述的双包层光纤(1)的纤芯(11)是单模纤芯或多模纤芯。
所述的多接头耦合型双包层光纤的制备方法,其特点在于包括下列步骤:
①选择一根双包层光纤和多根传能光纤,所述的传能光纤的纤芯的数值孔径NAC小于或等于双包层光纤内包层的数值孔径NAS;
②在所述的双包层光纤上根据需要,选择具有一定间隔的多处去除涂覆层形成去除涂覆层的部位;
③将多根传能光纤的一端去包层,并将端头部分作拉锥处理,形成具有未拉锥区和一段直径逐渐减小的拉锥区的传能光纤;
④将所述的具有未拉锥区和拉锥区的传能光纤的未拉锥区和拉锥区逐渐地、螺旋式地缠绕在所述的双包层光纤(1)的去除涂覆层的部位的内包层上;
⑤将传能光纤的未拉锥区和拉锥区与所述的双包层光纤的内包层熔接,再进行封装,形成多杈结构的多接头耦合型双包层光纤。
所述的双包层光纤上两相邻的去除涂覆层的部位间的距离的确定原则是既要保证良好的散热效果,又有利于传能光纤的熔接和封装处理。
这种多接头双包层光纤可用于光纤激光器或光纤放大器中的泵浦光耦合,泵浦光从传能光纤耦合进入,传能光纤的芯径与该双包层光纤内包层直径相接近。传能光纤的数值孔径NAc小于或等于双包层光纤内包层的数值孔径NAs。由于传能光纤的未拉锥区段以及拉锥区段的全反射作用,泵浦光射入双包层光纤的内包层,从而实现泵浦光从传能光纤到双包层光纤的耦合。
本发明的优势在于由于实现了多点的分布式泵浦,在确保传能光纤与双包层光纤的熔接点处的发热量较小时,实现总的高功率泵浦,输出高功率光纤激光。
所述的双包层光纤的纤芯可以是单模或者是多模的,纤芯可以掺杂稀土元素或过渡金属元素,如镱、钕、铒。。
所述的双包层光纤的内包层和传能光纤的传能纤芯的横截面外形是矩形、或是正方形、或是椭圆形、或是圆形、或是八边形、或是六边形。
本发明使得多路泵浦光从不同部位耦合入双包层光纤,实现了双包层光纤的分布式侧面泵浦,这有利于减小每个熔接点的发热量,使得总共的泵浦光功率能够大幅度提升。实现了高功率光纤激光器或光纤放大器的全光纤化泵浦耦合。
附图说明
图1为本发明多接头耦合型双包层光纤实施例结构示意图。
图2为本发明中传能光纤的未拉锥区和拉锥区截面图。
图3为本发明中传能光纤拉锥部分对应的熔接区域截面图。
图4为传能光纤拉锥部分对应的熔接区域截面图
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1,图1为本发明多接头耦合型双包层光纤实施例的结构示意图。本实施例是具有双接头耦合型双包层光纤,由图可见,一种用于光纤激光器或光纤放大器中泵浦光耦合的多接头耦合型双包层光纤,其构成是在一根双包层光纤1上依次间隔一定距离的多处内包层12上各熔接一根传能光纤2。
所述的多接头耦合型双包层光纤的制备方法,其特征在于包括下列步骤:
①选择一根双包层光纤1和多根传能光纤2,所说的传能光纤的纤芯21的数值孔径NAC小于或等于双包层光纤内包层12的数值孔径NAS;
②在所述的双包层光纤1上根据需要,选择具有一定间隔的多处去除涂覆层13,形成去除涂覆层的部位14、15;
③将多根传能光纤2的一端去包层22,并将端头部分作拉锥处理,形成具有去包层22的未拉锥区24和拉锥区23的传能光纤2;
④将所述的具有未拉锥区24和拉锥区23的传能光纤2的未拉锥区24和拉锥区23逐渐地、螺旋式地缠绕在所述的双包层光纤1的去除了涂覆层13的去除涂覆层部位14、15的内包层22上;
⑤将传能光纤2的未拉锥区24和拉锥区23与所述的双包层光纤1的内包层22熔接,再进行封装,形成多杈结构的多接头耦合型双包层光纤。
图1实施例有两个接头,其包括:双包层光纤1和传能光纤2。其中双包层光纤1由纤芯11、内包层12、涂覆层13构成;传能光纤2由传能纤芯21、包层22构成。每根传能纤芯包括拉锥区段23和未拉锥区段24。图2所示为经拉锥处理之后的传能光纤2。传能纤芯21首先缠绕在双包层光纤1去除了涂覆层13的那个部位上,然后再加热使二者相熔合。图3和图4所示为本发明中传能光纤2与双包层光纤1进行熔接时对应不同部位处的截面图。双包层光纤的掺杂纤芯11用来传输激光;泵浦光则由传能光纤的传能纤芯21耦合入双包层光纤1,即从传能纤芯21引入的泵浦光经过未拉锥区段24以及拉锥区段23的全反射,进入双包层光纤1的内包层12,从而实现泵浦光从传能光纤2到双包层光纤1的耦合。本发明由于其具有多根传能光纤2分别熔接于双包层光纤1的具有一定间隔的不同部位,在每个熔接点只有一根传能光纤2接入,产生的发热量较小,这样可以实现较高的总泵浦光功率,获得高功率光纤激光输出。
下面是另一个具体实施例的参数:
选用纤芯直径20μm,八边形内包层直径为400μm的掺镱双包层光纤,纤芯数值孔径为0.06,内包层的数值孔径为0.46。双包层光纤的总长度为21m,在每隔3m的部位去除一段长度为5cm的涂覆层。选用芯径为400μm,数值孔径为0.22的石英传能光纤,这种传能光纤共用6根,每根长度为1m。在每根传能光纤的一端的一段利用化学方法将其包层腐蚀掉大约为5cm的一段。然后分别对这些传能光纤去除了包层的一端的2cm长的一部分进行拉锥处理,这样剩下的未拉锥区段为3cm长,而拉锥后锥区光纤的长度也会长于2cm。将分别这6根传能光纤的去除了包层的这一端的去包层段(包括未拉锥区段以及拉锥区段)缠绕在双包层光纤的去除了涂覆层的部位,然后将二者进行熔接。这样,就实现了一种多接头耦合型双包层光纤。这6根传能光纤的另一端与同样参数的泵浦模块输出尾纤相熔接。每个泵浦块最大输出功率30W,发射波长为975nm,在双包层光纤一端熔接一光纤光栅,另一端切平具有4%的菲涅耳反射,这样就够成了一个激光腔,该光纤激光器最高实现130W光纤激光输出,在最大激光功率输出的同时没有观测到明显的热问题。
综上所述,本发明通过将一根双包层光纤在具有一定距离间隔的不同点处去除最外面的涂敷层,然后熔接上一段芯径与该双包层光纤内包层直径相近的传能光纤,实现了一种树杈型结构的用于泵浦光耦合的多接头双包层光纤。由于大大减小了在每个熔接点的发热量,本发明可实现分布式侧面泵浦的方式泵浦,总泵浦光功率可进一步提升。
Claims (4)
1.一种用于光纤激光器或光纤放大器中泵浦光耦合的多接头耦合型双包层光纤,特征在于其构成是在一根双包层光纤(1)上依次间隔一定距离的多处内包层(12)上各熔接一根传能光纤(2)。
2.根据权利要求1所述的多接头耦合型双包层光纤,其特征在于所说的双包层光纤(1)的纤芯(11)是单模纤芯或多模纤芯。
3、权利要求1所述的多接头耦合型双包层光纤的制备方法,其特征在于包括下列步骤:
①选择一根双包层光纤(1)和多根传能光纤(2),所说的传能光纤的纤芯(21)的数值孔径NAC小于或等于双包层光纤内包层(12)的数值孔径NAS;
②在所述的双包层光纤(1)上根据需要,选择具有一定间隔的多处去除涂覆层(13)的去涂覆层部位(14、15);
③将多根传能光纤(2)的一端去包层(22),并将端头部分作拉锥处理,形成具有去包层(22)的未拉锥区(24)和拉锥区(23)的传能光纤(2);
④将所述的具有未拉锥区(24)和拉锥区(23)的传能光纤(2)的未拉锥区(24)和拉锥区(23)逐渐地、螺旋式地缠绕在所述的双包层光纤(1)的去除了涂覆层(13)的去除涂覆层部位(14、15)的内包层(22)上;
⑤将传能光纤(2)的未拉锥区(24)和拉锥区(23)与所述的双包层光纤(1)的内包层(22)熔接,再进行封装,形成多杈结构的多接头耦合型双包层光纤。
4、根据权利要求3所述的多接头耦合型双包层光纤的制备方法,其特征在于所述的双包层光纤(1)上两相邻的去除涂覆层的部位(14、15)间的距离的确定原则是既要保证良好的散热效果,又有利于传能光纤的熔接和封装处理。
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