CN101750677A - 利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法 - Google Patents

Abstract

利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，包括以下步骤：首先将泵浦光纤进行小角度端面磨抛，并在其磨抛斜面均匀贴上低熔点介质，再将其贴紧双包层光纤内包层的侧平面，然后用氢氧焰或CO₂激光器、丙烷气、微粒子喷灯等加热熔接区域的低熔点介质，将两根光纤熔接。所述低熔点介质是指熔点低于光纤的熔接介质，包括低熔点玻璃、低熔点石英和玻璃光纤等。本发明通过采用低熔点介质作为熔接介质，故可以在温度远低于光纤熔点的情况下完成熔接，而不会引起光纤纤芯结构的微形变，从而提高信号光的耦合效率。

Description

利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法

技术领域

本发明涉及一种新型光纤侧面耦合器，适用于全光纤化的高功率/能量光纤激光器和光纤放大器，属于激光器技术领域。

背景技术

在高功率光纤激光器和光纤放大器中，泵浦耦合技术作为其核心技术，目的是要把几十瓦甚至数百瓦的LD泵浦光功率耦合入直径只有数百微米的双包层光纤内包层，以获得高的泵浦功率。侧面泵浦耦合作为一种重要的泵浦方式，很好地利用了双包层光纤的特点。其中，光纤角度磨抛耦合技术，是指将泵浦光纤的端面进行有角度(倾斜)磨抛，再将其端面与双包层光纤侧面耦合的技术。这种技术具有耦合效率高，对双包层光纤纤芯无损伤等特点，成为光纤激光器侧面抽运的研究热点之一。但是，该技术中通常使用的光学胶，在较高的泵浦光功率注入下会受热而失效和烧蚀，导致侧面耦合器无法工作。

对此，欧攀等在《双包层光纤激光器的熔接型侧面耦合器》(激光技术，Vol.32，No.1，2008)一文中，提出了采用CO₂激光器制作熔接型侧面耦合器的方法，并进行了实验研究，在一定程度上解决了角度磨抛耦合技术无法承受高抽运光功率密度的问题。但是，在熔接过程中，需要将两段耦合光纤的接触面融化，而熔融石英的软化温度在1700℃以上，制作过程中的高温以及较大的熔接区域，会在一定程度上会破坏双包层光纤的结构，尤其会使双包层光纤的纤芯结构和尺寸发生变化，从而影响泵浦光的耦合效率和纤芯光束的传输，进而影响输出光的光束质量。在高功率运转过程中由于纤芯激光功率的泄露，会影响光纤激光器的效率，甚至会把光纤烧毁。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法及耦合器，该方法利用熔点低于石英光纤的介质(低熔点玻璃或低熔点石英)，可以在不破坏光纤纤芯结构的前提下，实现光纤的侧面熔接耦合。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，是一种采用低熔点介质熔接泵浦光纤的端面和包括双包层在内的多包层光纤侧面的熔接耦合方法，依次含有以下步骤：

步骤(1)，分别将待熔接的双包层光纤和泵浦光纤进行预处理，露出内包层；

步骤(1.1)，除去所述双包层光纤表面待制作熔接侧面处的涂覆层，露出内包层；

步骤(1.2)，除去所述泵浦光纤表面靠近磨抛端一段的涂敷层，并将该磨抛段的端面按照5°～30°角进行端面磨抛；

步骤(2)，在距离所述双包层光纤包层的待熔接平面0.5mm～3mm处，平行放置所述泵浦光纤的已磨抛端面；

步骤(3)，在所述泵浦光纤的已磨抛端面均匀贴上粒状或片状，熔点低于石英制光纤的低熔点玻璃，并把所述片状低熔点玻璃片紧贴所述双包层光纤包层的待熔接平面；

步骤(4)，用CO₂激光器加热所述待熔接区域的低熔点玻璃，在熔接过程中，始终保持紧贴状态，从而实现所述泵浦光纤和双包层光纤的熔接。

所述低熔点玻璃，可以用熔点低于所述石英制光纤的低熔点石英和玻璃光纤代替。

所述方法在双包层光纤包层表面的至少一个点上实现与泵浦光纤的熔接耦合。

所述CO₂激光器，可以用氢氧焰、或丙烷气、或微粒子喷灯代替。

所述双包层光纤包层的平面，是D型、六边形、或八边形、矩形包层的一个平面，或在双包层光纤的包层侧面加工实现的。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下有优点：本发明采用熔点远低于光纤的介质作为熔接介质(一般而言，光纤的熔点在1700℃以上，本发明中采用的低熔点玻璃的熔点在400℃-500℃左右，低熔点石英的熔点在1400℃-1500℃左右)，因而可以在温度远低于石英光纤熔点的情况下完成熔接，同时不会引起光纤纤芯结构的微形变，这将有助于泵浦光在耦合器中的传输，提高耦合效率；同时还有助于高功率信号光的传输。此外，本发明中使用的低熔点石英，其折射率为1.45853，与作为光纤材料的熔融石英的折射率(n＝1.458)非常接近，因而有助于泵浦光和信号光在耦合器各界面的传输，避免因折射率偏差过大造成的耦合效率降低的现象，保证较高的耦合效率。这类耦合器可以应用于单点侧面泵浦耦合、多点侧面泵浦耦合以及分布式抽运耦合光纤激光器中。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明：

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明用于单点侧面熔接耦合的实施例(用玻璃光纤作为低熔点介质)。

图3为本发明用于单点侧面熔接耦合的实施例(用低熔点玻璃粉作为低熔点介质)。

图4为本发明用于多点侧面熔接耦合的实施例；

图5为本发明方法的流程图。

图中，1双包层光纤，2双包层光纤纤芯，3双包层光纤包层，4双包层光纤涂敷层，5低熔点介质(低熔点玻璃、低熔点石英或玻璃光纤)，6泵浦光纤，7泵浦光纤的纤芯，8泵浦光纤的包层，9泵浦光纤的涂敷层。

具体实施方式

一种新型光纤侧面耦合器，其结构如图1所示，包括泵浦光纤、双包层(或多包层)光纤和低熔点介质。其特征是：采用低熔点介质熔接泵浦光纤的端面和双包层(或多包层)光纤的侧面。

所述低熔点介质，即为熔点低于光纤的熔接介质，包括低熔点玻璃、低熔点石英和玻璃光纤等。

一种利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，包括以下步骤：(1)将待熔接的双包层光纤和泵浦光纤进行预处理。用光纤涂敷层剥除钳或刀片，将双包层光纤待制作熔接型侧面耦合处的涂敷层去除约1c m，露出内包层；去除泵浦光纤近磨抛端一段的涂敷层，并将其按照适当的小角度(可综合考虑耦合效果和加工工艺来选择角度，一般取5°～30°角)进行端面磨抛；(2)利用双包层光纤中包层的平面(如D型、八角形、矩形包层的平面，或在双包层光纤的包层侧面加工一个平面)，将其与泵浦光纤的磨抛端面相距约0.5mm～3mm平行放置；(3)在泵浦光纤的磨抛端面均匀贴或夹适量片状、柱状或粉状的低熔点介质，然后夹紧，紧贴的部分就是即将熔接的区域；(4)用氢氧焰或CO₂激光器、丙烷气、微粒子喷灯等加热熔接区域的低熔点介质，在熔接过程中，可将两根光纤再次靠紧，从而将泵浦光纤和双包层光纤熔接。

实施例1：

如图2所示，本实施例是单点侧面熔接耦合的耦合器。将一直径为400μm的D型双包层光纤(1)的涂敷层(4)用小刀去除约1cm，露出内包层(3)；泵浦光纤(6)的尺寸为105μm/125μm，将其端面按照约10°角进行磨抛后贴上一小段厚为1μm、直径为70μm的玻璃光纤(5)；将泵浦光纤的磨抛斜面与双包层光纤的内包层贴紧，再用氢氧焰加热二者之间的玻璃光纤，在熔接过程中将两段光纤再次挤紧，即完成单点侧面熔接耦合器的制作。

实施例2：

如图3所示，本实施例是单点侧面熔接耦合的耦合器。将一直径为400μm的八边型双包层光纤(1)的涂敷层(4)用小刀去除约1cm，露出内包层(3)；泵浦光纤(6)的尺寸为105μm/125μm，将其端面按照约10°角进行磨抛，并在端面上贴满低熔点玻璃粉(5)；将泵浦光纤的磨抛斜面与双包层光纤的内包层贴紧，再用微粒子喷灯加热二者之间的低熔点玻璃，在熔接过程中将两段光纤再次挤紧，即完成单点侧面熔接耦合器的制作。

实施例3：

如图4所示，本实施例是多点侧面熔接耦合的耦合器。按照实施例1的方法，用光纤涂敷层剥除钳去除直径为400μm的六边形双包层光纤(1)的涂敷层(4)；在磨抛后的105μm/125μm泵浦光纤(6)端面贴上一厚为0.5μm直径为100μm的低熔点石英玻璃片(5)，再将其与双包层光纤(1)的内包层(3)贴紧，并用CO₂激光器加热进行熔接。完成单点侧面熔接后，按照相同的步骤，在距第一个熔接区一定距离的地方，制作第二个耦合点。以此类推，即可得到多点侧面熔接耦合器。

Claims (6)

1.利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，其特征在于，是一种采用低熔点介质熔接泵浦光纤的端面和包括双包层在内的多包层光纤侧面的熔接耦合方法，依次含有以下步骤：

步骤(1)，分别将待熔接的双包层光纤和泵浦光纤进行预处理，露出内包层；

步骤(1.1)，除去所述双包层光纤表面待制作熔接侧面处的涂覆层，露出内包层；

步骤(1.2)，除去所述泵浦光纤表面靠近磨抛端一段的涂敷层，并将该磨抛段的端面按照5°～30°角进行端面磨抛；

步骤(2)，在距离所述双包层光纤包层的待熔接平面0.5mm～3mm处，平行放置所述泵浦光纤的已磨抛端面；

步骤(3)，在所述泵浦光纤的已磨抛端面均匀贴上粒状或片状，熔点低于石英制光纤的低熔点玻璃，并把所述片状低熔点玻璃片紧贴所述双包层光纤包层的待熔接平面；

步骤(4)，用CO₂激光器加热所述待熔接区域的低熔点玻璃，在熔接过程中，始终保持紧贴状态，从而实现所述泵浦光纤和双包层光纤的熔接。

2.根据权利要求1所述的利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，其特征在于：所述低熔点玻璃，用熔点低于所述石英制光纤的低熔点石英和玻璃光纤代替。

3.根据权利要求1所述的利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，其特征在于：所述方法在双包层光纤包层表面的至少一个点上实现与泵浦光纤的熔接耦合。

4.根据权利要求1所述的利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，其特征在于：所述CO₂激光器，用氢氧焰、或丙烷气、或微粒子喷灯代替。

5.根据权利要求1所述的利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，其特征在于：所述双包层光纤包层的平面，是D型、六边形、或八边形、矩形包层的一个平面。

6.根据权利要求1所述的利用低熔点介质实现光纤侧面熔接耦合的方法，其特征在于：所述双包层光纤包层的平面，用双包层光纤的包层侧面加工实现。

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