CN102081190A - 双包层激光光纤及其激光耦合方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高功率光纤激光器或放大器的双包层激光光纤及其激光耦合方法，所述的双包层激光光纤的构成是内包层包含有一根有芯光纤区和与该有芯光纤区紧密平行并列、侧面耦合的两根无芯光纤区，其外由涂覆层包裹，所述有芯光纤区的纤芯为掺有稀土的纤芯。利用本发明双包层激光光纤进行激光耦合，通过多段光纤连接，实现多个点泵浦，避免了在光纤端面集中很大的激光泵浦功率，大大提高了光纤激光获得的激光输出功率。

Description

双包层激光光纤及其激光耦合方法

技术领域

本发明涉及光纤激光领域，特别一种用于高功率光纤激光器或放大器的双包层激光光纤及其激光耦合方法。

背景技术

在大功率的光纤激光器和光纤放大器中，需要把传能光纤中的半导体泵浦激光，传输到双包层光纤的内包层中。如果两根光纤的直径相同或相近，则直接把两根光纤的端面焊接在一起，如果两根光纤的直径差别较大，则采用分立的光学元件把传能光纤中的激光先准直，然后聚焦到双包层光纤的端面上耦合进双包层光纤的内包层中。直接焊接的方法在于焊接点总会产生一定的损耗，焊接点能耐受的激光功率通常要小于光纤本身的破坏阈值。而且，双包层光纤的纤芯中产生的激光容易返回到传能光纤中，造成与传能光纤连接在一起的激光二极管泵浦源的损坏。用分立的光学元件耦合的方法受双包层光纤端面温度上升，如到达激光破坏阈值时端面会被破坏，限制了泵浦激光在光纤之间的耦合。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于高功率光纤激光器或放大器的双包层激光光纤及其激光耦合方法，以减小光纤端面激光破坏阈值的限制，通过多段光纤连接，实现多个点泵浦，避免了在光纤端面集中很大的激光功率，大大提高了可获得的激光功率。

本发明的技术解决方案如下：

一种双包层激光光纤，特点在于其构成是内包层包含有一根有芯光纤区和与该有芯光纤区紧密平行并列、侧面耦合的两根无芯光纤区，其外由涂覆层包裹，所述有芯光纤区的纤芯为掺有稀土的纤芯。

所述纤芯为单模纤芯或多模纤芯。

所述的有芯光纤区和无芯光纤区的截面均为六边形。

利用上述的双包层激光光纤进行激光耦合的方法，其特点在于包括下列步骤：

①先将所述的双包层激光光纤的一段或多段的涂覆层去除，露出内包层，并将内包层的两根无芯光纤区断开并与所述的有芯光纤区分开，将所述的无芯光纤区断开的端面磨平；

②将作为泵浦源的半导体激光器的传能光纤的涂覆层去除，露出纤芯，将所述的传能光纤的纤芯的端面磨平；

③然后用激光焊接的方法将所述的无芯光纤区断开的端面分别各与所述的半导体激光器的传能光纤纤芯的端面焊接熔合在一起。

所述传能光纤有4根，分别接在所述二个无芯光纤包层区的两端上。

所述无芯光纤区分为2段以上，每段的两端都分别与所述传能光纤相连。

所述双包层光纤由可以有2段以上双包层光纤相连构成，各段的有芯光纤区的端面两两相连，各段的无芯光纤区分别地与所述传能光纤的端面两两相连。

所述纤芯为单模或多模，纤芯小于10微米量级为单模光纤芯，大于10微米量级为多模纤芯。

本发明的技术效果：

1、本发明双包层激光光纤是一根具有3个内包层区的光纤，一个有芯内包层区获得激光，二个内包层区用于泵浦光耦合，以便把传能光纤中的半导体泵浦激光耦合进双包层光纤的有芯内包层区中，具有耦合功率大，可以在1根双包层激光光纤上与多个泵浦源的传能光纤连接的特点。

2、本发明将传能光纤纤芯和本发明的双包层光纤的无芯内包层区焊接，其传输的激光因为空气的折射率远小于光纤材料的折射率，因此传输的激光不会泄露出来。由于光纤的有芯内包层区和无芯内包层区有效耦合，可使光纤激光获得更高的激光输出功率。

3、本发明可以应用于高功率光纤激光器或放大器中，同时具有可以承受的激光功率大，能实现多点耦合等特点。

附图说明

图1为本发明双包层激光光纤的端面剖视示意图。

图2为双包层激光光纤激光耦合实施例1结构示意图。

图3为双包层激光光纤激光耦合实施例2结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1为本发明双包层激光光纤的端面剖视示意图。由图可见，本发明双包层激光光纤的构成是内包层包含有一根有芯光纤区1和与该有芯光纤区1紧密平行并列、侧面耦合的两根无芯光纤区2、10构成，其外由涂覆层4包裹，所述有芯光纤区1的纤芯为掺有稀土的纤芯3。

所述的有芯光纤区1和无芯光纤区2、10的截面均为六边形。

图2为本发明双包层激光光纤激光耦合实施例1结构示意图。利用所述的双包层激光光纤进行激光耦合的方法，包括下列步骤：

①先将所述的双包层激光光纤的一段或多段的涂覆层4去除，露出内包层，并将内包层的两根无芯光纤区2、10断开并与所述的有芯光纤区1分开，将所述的无芯光纤区2、10断开的端面磨平；

②将作为泵浦源的半导体激光器8的传能光纤6的涂覆层5去除，露出纤芯，将所述的传能光纤的纤芯的端面磨平；

③然后用激光焊接的方法将所述的无芯光纤区2、10断开的端面分别各与所述的半导体激光器8的传能光纤纤芯6的端面焊接熔合在一起。

在图2中，两个无芯光纤区2和10的两端各外接有一根传能光纤6，该传能光纤6的另一端设有一个带有尾纤的半导体激光器8；制作时，是先将双包层光纤在靠外一端的位置上除去一小段涂覆层4，使裸露部分尽量短，一般不长于10厘米，并将2个包层区彼此分开，形成有掺稀土的有芯光纤区1和无芯光纤区2和10；然后将用于泵浦半导体激光的传能光纤6的端部，也除去一小段涂覆层5，形成有端部，然后将双包层光纤裸露在外的无芯光纤区2和10与传能光纤6裸露的纤芯端面磨平并紧靠在一起，采用激光焊接的方法，在两根光纤的接触面上产生熔合层7，这样通过传能光纤6可以将半导体泵浦激光耦合到有芯光纤区1中并形成激光，本实施例共与4个半导体激光器8连接形成光泵。

图3为双包层激光光纤激光耦合实施例2结构示意图。图中是一台输出激光功率100W全光纤化光纤激光器，光纤光栅9之后的双包层激光光纤的纤芯直径为20μm，内包层直径为200μm，需要四个25W的半导体激光器8，半导体激光器8的输出光纤为200μm的传能光纤。在双包层光纤靠近光纤光栅的地方，间隔一定距离分别去除两段外包层或涂覆层4，2个激光二极管输出光纤的输出端也各分别去除一段涂覆层5，然后把去除涂覆层的200μm纤芯紧靠在双包层光纤去除涂覆层的无芯内包层上，用激光焊接的方法把两根光纤的接触面焊接在一起，图中共连接了8个半导体激光器8，大大提高了激光泵浦功率。

如果需要制作更大的光纤激光器，也可以将多段双包层激光光纤上分别在各自端面的位置11上进行焊接，以可获得更多的激光功率，如图中用2段光纤可获得100W功率，其中光纤光栅和输出端面组成激光腔。

当然还可以将更多分段的本发明双包层光纤激光耦合装置一一相连，以获得更多更强大的激光功率。

最后，还要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双包层激光光纤，特征在于其构成是内包层包含有一根有芯光纤区(1)和与该有芯光纤区(1)紧密平行并列、侧面耦合的两根无芯光纤区(2、10)构成，其外由涂覆层(4)包裹，所述有芯光纤区(1)的纤芯为掺有稀土的纤芯(3)。

2.根据权利要求1所述的双包层激光光纤，其特征在于所述纤芯(3)为单模纤芯或多模纤芯。

3.根据权利要求1所述的双包层激光光纤，其特征在于，所述的有芯光纤区(1)和无芯光纤区(2、10)的截面均为六边形。

4.利用权利要求1所述的双包层激光光纤进行激光耦合的方法，其特征在于包括下列步骤：

①先将所述的双包层激光光纤的一段或多段的涂覆层(4)去除，露出内包层，并将内包层的两根无芯光纤区(2、10)断开并与所述的有芯光纤区(1)分开，将所述的无芯光纤区(2、10)断开的端面磨平；

②将作为泵浦源的半导体激光器(8)的传能光纤(6)的涂覆层(5)去除，露出纤芯，将所述的传能光纤的纤芯的端面磨平；

③然后用激光焊接的方法将所述的无芯光纤区(2、10)断开的端面分别各与所述的半导体激光器(8)的传能光纤纤芯(6)的端面焊接熔合在一起。

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