CN102890310A

CN102890310A - 保偏光纤侧面泵浦耦合器及其制造方法

Info

Publication number: CN102890310A
Application number: CN2011104563168A
Authority: CN
Inventors: 巩马理; 肖起榕; 闫平; 张海涛; 柳强; 黄磊
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明公开了一种保偏光纤侧面泵浦耦合器及其制造方法，耦合器中：保偏主光纤连接部的纤芯和应力结构保持完整并具有外露的内包层径向外表面，泵浦光纤连接端的端面结构与内包层径向外表面互补匹配并贴紧连接。制造方法为：分别去除保偏主光纤连接部和泵浦光纤连接端的涂覆层；对泵浦光纤连接端处进行预处理，形成与保偏主光纤连接部处的内包层径向外表面形状互补的端面结构；将泵浦光纤的端面结构与保偏主光纤连接部内包层的径向外表面对应匹配并消除二者之间的空气，使得泵浦光纤与保偏主光纤形成一体；在上述制造过程中保持连接部纤芯和应力结构的完整。本发明不破坏保偏光纤应力结构和纤芯，分别保证耦合器有较高的偏振消光比和信号透过率。

Description

保偏光纤侧面泵浦耦合器及其制造方法

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种保偏光纤侧面泵浦耦合器及其制造方法。

背景技术

单偏振态输出光纤激光器和放大器在工业加工、军事和医疗等领域都有着广泛的应用前景。但是，单偏振态输出光纤激光功率输出水平直接受到耦合进入保偏增益光纤的泵浦光功率限制。为提高泵浦耦合器功率，现在常用采用高亮度自由空间输出的泵浦源，并以耦合透镜将其从端面耦合进入保偏增益光纤。但是这种采用分立元件搭建的系统稳定性较差。此外，还可以采用熔融拉锥端面泵浦耦合器从光纤端面将尾纤输出的泵浦源耦合进入保偏增益光纤。但是，这两种方法都只能从端面进行泵浦光耦合，耦合界面数量有限。

为了进一步提高耦合点数量，并提高耦合功率，现有技术中还提出了侧面耦合方法，主要有V型槽侧面泵浦、微棱镜侧面耦合等，但这些耦合方法仅应用于非保偏光纤；并且，其耦合效率均低于90％，耦合器稳定性较差，无法满足工业化应用的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种保偏光纤侧面泵浦耦合器及其制造方法，以提高耦合器的耦合效率、偏振消光比和稳定性。

(二)技术方案

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种保偏光纤侧面泵浦耦合器，包括保偏主光纤和与所述保偏主光纤侧面泵浦连接的至少一根泵浦光纤，其特征在于，所述保偏主光纤与所述泵浦光纤连接的连接部具有外露的内包层径向外表面并且所述连接部具有完整的纤芯和应力结构；所述泵浦光纤与所述保偏主光纤连接的连接端具有与所述外露的内包层径向外表面的形状互补匹配并贴紧连接的端面结构。

优先地，所述保偏主光纤连接部内包层的径向外表面为经过预处理的平整或不平整表面。

优先地，所述耦合器泵浦的数量，由保偏主光纤内包层直径D1和泵浦光纤直径D2决定，即泵浦光纤的数量小于等于

INT (π \frac{D_{1} + D_{2}}{D_{2}}) .

优先地，所述保偏主光纤为双包层或者多包层结构的熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤、椭圆包层型保偏光纤或椭圆芯保偏光纤。

优先地，所述保偏主光纤在轴向上分布有多个连接部，每个连接部上连接有至少一根泵浦光纤，形成多级级联耦合器。

另一方面，本发明还提供了一种上述保偏光纤侧面泵浦耦合器的制造方法，包括以下步骤：

S1：去除保偏主光纤的一部分涂覆层，露出内包层形成连接部，在此过程中保持连接部纤芯和应力结构的完整；将泵浦光纤连接端处的涂覆层去除，露出包层；

S2：对泵浦光纤连接端处进行预处理，形成与所述保偏主光纤连接部处的内包层径向外表面形状互补的端面结构；

S3：将泵浦光纤的端面结构与保偏主光纤连接部内包层的径向外表面对应紧密配合，形成耦合区；

S4：消除耦合区中的空气层，使得泵浦光纤与保偏主光纤形成一体。

优先地，所述步骤S2还包括对保偏主光纤连接部的内包层径向外表面进行预处理的步骤，在所述保偏主光纤的预处理过程中不破坏保偏主光纤的纤芯和应力结构；并且泵浦光纤预处理后形成的端面结构与保偏主光纤连接部的内包层径向外表面预处理后的形状互补。

优先地，所述步骤S2中泵浦光纤预处理方式为高温加热同时加力处理、化学腐蚀、机械抛磨、激光刻蚀或离子束刻蚀。

优先地，所述步骤S2中保偏主光纤预处理方式为高温加热同时加力处理、化学腐蚀、机械抛磨、激光刻蚀或离子束刻蚀。

优先地，所述步骤S4中耦合区空气层消除的方式位高温熔合、高温键合、胶粘合、光胶合、直接加力贴合或液体填充贴合。

优先地，所述泵浦光纤为双包层或者多包层光纤；包层形状为圆形、六边形、八边形、D形或梅花形等。

优先地，所述泵浦光纤为单模光纤或多模光纤。

优先地，所述保偏主光纤为包括铒、镱、钕、铥和钕等在内的各种增益粒子在光纤纤芯上掺杂而成的增益光纤或为不掺激光增益粒子的无源光纤。

优先地，所述保偏主光纤为单模光纤或多模光纤。

(三)有益效果

本发明的方法对泵浦光纤和保偏主光纤进行预处理形成互补界面，然后将互补界面中的空气层消除，保证激光从泵浦光纤到保偏主光纤的高效耦合。本发明耦合器泵浦光纤和保偏主光纤互补界面的设计，在耦合器制作的过程中不破坏保偏光纤应力棒，保证耦合器有较高的偏振消光比；不破坏纤芯，保证耦合器有较高的信号透过率。本发明将泵浦光纤与保偏主光纤互补界面中空气层消除后使二者形成一体，保证耦合器的结构稳定性。此外，本发明单个耦合器能够实现多个泵浦臂同时耦合，可以实现单个耦合器高功率耦合。

附图说明

图1a为根据本发明实施例一光纤侧面泵浦耦合器的结构示意图；

图1b-d分别为图1a中A1-A1、A2-A2、A3-A3处的剖面示意图；

图2a为根据本发明实施例两级级联光纤侧面泵浦耦合器的结构示意图；

图2b-d分别为图2a中E1-E1、E2-E2、E3-E3处的剖面示意图；

图2e-g分别为图2a中F1-F1、F2-F2、F3-F3处的剖面示意图；

图3为根据本发明实施例二光纤侧面泵浦耦合器制造方法的步骤流程图；

图4a为根据本发明实施例三光纤侧面泵浦耦合器的结构示意图；

图4b-d分别为图4a中B1-B1、B2-B2、B3-B3处的剖面示意图；

图5a为根据本发明实施例四光纤侧面泵浦耦合器的立体结构示意图；

图5b为图5a中C-C处的剖面示意图；

图5c-e分别为图5b中D1-D1、D2-D2、D3-D3处的剖面示意图；

其中，110主光纤；111连接部；112内包层；112a径向外表面；113纤芯；114应力结构；120泵浦光纤；121连接端；121a端面结构；

210主光纤；211连接部；220泵浦光纤；

310主光纤；311连接部；312内包层；312a径向外表面；313涂覆层；314应力结构；320泵浦光纤；321连接端；321a端面结构；322涂覆层；

410主光纤；411连接部；412内包层；412a径向外表面；413涂覆层；414应力结构；420泵浦光纤；421连接端；421a端面结构；422涂覆层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。

实施例一：

如图1a-1d所示，本实施例记载了一种保偏光纤侧面泵浦耦合器，包括保偏主光纤110和与所述保偏主光纤110侧面泵浦连接的至少一根泵浦光纤120，所述保偏主光纤110与所述泵浦光纤120连接的连接部111具有外露的内包层112a径向外表面并且所述连接部111具有完整的纤芯113和应力结构114；所述泵浦光纤120与所述保偏主光纤110连接的连接端121具有与所述外露的内包层径向外表面112a的形状互补匹配并贴紧连接的端面结构121a。

在本发明的一些实施例中，所述保偏主光纤110连接部111内包层112的径向外表面112a为没有经过处理的内包层原有表面；在本发明的另一些实施例中，所述保偏主光纤110连接部111内包层112的径向外表面112a为经过预处理的平整或不平整表面(如图1a-d所示)。

在本实施例中，所述耦合器能够泵浦的数量，由保偏主光纤110内包层直径D1和泵浦光纤120直径D2决定，即泵浦光纤120的数量小于等于

(用以保偏主光纤的轴心位置为圆心、直径为D₁+D₂的圆的周长，除以泵浦光纤的直径之后再取整)。

所述保偏主光纤110为双包层或者多包层结构的熊猫型保偏光纤(如图1b-1d所示)、领结型保偏光纤(如图5c-5e所示)、椭圆包层型保偏光纤或椭圆芯保偏光纤。

在本发明的一些实施例中，所述保偏主光纤110只布置有一个连接部111。

在本发明的其它实施例中，如图2a-2g所示，所述保偏主光纤210在轴向上分布有多个(两个以上)连接部211，每个连接部211上连接有至少一根泵浦光纤220，形成多级级联耦合器，实现保偏主光纤210多点泵浦耦合，提高泵浦功率的同时分散泵浦点，防止局部温度过高。

实施例二：

如图3所示，本实施例记载了一种上述保偏光纤侧面泵浦耦合器的制造方法，包括以下步骤：

S2：对泵浦光纤连接端处进行预处理，形成与所述保偏主光纤连接部处的内包层径向外表面形状互补的端面结构；其中，泵浦光纤预处理方式为高温加热同时加力处理、化学腐蚀、机械抛磨、激光刻蚀或离子束刻蚀；

S4：消除耦合区中的空气层，使得泵浦光纤与保偏主光纤形成一体；其中，耦合区空气层消除的方式位高温熔合、高温键合、胶粘合、光胶合、直接加力贴合或液体填充贴合。

在本发明的其它实施例中，所述步骤S2还包括对保偏主光纤连接部的内包层径向外表面进行预处理的步骤，在所述保偏主光纤的预处理过程中不破坏保偏主光纤的纤芯和应力结构；并且泵浦光纤预处理后形成的端面结构与保偏主光纤连接部的内包层径向外表面预处理后的形状互补。其中，保偏主光纤预处理方式为高温加热同时加力处理、化学腐蚀、机械抛磨、激光刻蚀或离子束刻蚀。

下面以更为具体的实施例来说明本发明：

实施例三：

如图4a-4d所示，作为实施例一的一种实现方式，本实施例耦合器的保偏主光纤310连接部311内包层312的径向外表面312a为没有经过处理的内包层原有表面；泵浦光纤320有2根。其制造方法为：将一纤芯/内包层直径分别为20/400um的双包层保偏主光纤310的涂覆层313沿保偏主光纤310的轴向去除3cm，露出内包层312，形成连接部311，所示保偏主光纤310为应力结构314截面形状为圆形的熊猫型保偏光纤；2根泵浦光纤320的纤芯/包层直径分别为200/220um，将其涂覆层322轴向去除3cm，露出包层，形成连接端321；采用机械抛磨泵浦光纤320的连接端321进行磨抛处理，使其形成与保偏主光纤310内包层312的径向外表面312a互补匹配的端面结构321a，互补形状如图4b-4d所示。然后将所述2根预处理后的泵浦光纤320的端面结构321a与保偏主光纤310的内包层径向外表面312a相互匹配并紧密接触，形成耦合区。最后，采用氢氧火焰加热的方式使耦合区的中空气层消除而熔为一体，即完成耦合器制作。

实施例四：

如图5a-5e所示本实施例耦合器采用6根泵浦光纤420对1根保偏主光纤410的形式，其制造方法为：将一纤芯/内包层直径分别为30/400um的圆形双包层保偏主光纤410的涂覆层413沿保偏主光纤410的轴向去除3cm，露出内包层412，形成连接部411，所示保偏主光纤410为应力结构414截面形状为蝶形的领结型保偏光纤；6根泵浦光纤420的纤芯/包层直径分别为200/220um，将其涂覆层422沿泵浦光纤420的轴向去除3cm，露出包层，形成连接端421；采用脉冲激光对泵浦光纤420进行刻蚀处理，形成圆弧状端面结构，使其与保偏主光纤410连接部411处露出的内包层412的圆柱形径向外表面412a互补，互补形状如图5c-5e所示。然后将6根预处理后的泵浦光纤420的端面结构421a与圆形保偏主光纤410的内包层径向外表面412a相互匹配并紧密接触，形成耦合区。最后，采用氢氧火焰加热的方式使耦合区的中空气层消除而熔为一体，即完成耦合器制作。

本发明耦合器泵浦光纤和保偏主光纤互补界面的设计，使在耦合器制作的过程中不破坏保偏主光纤的纤芯和应力结构，可以保证保偏主光纤中信号光也实现高效耦合和较高的偏振消光比，并且结构稳定、可以实现单个耦合器高功率耦合。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种保偏光纤侧面泵浦耦合器，包括保偏主光纤和与所述保偏主光纤侧面泵浦连接的至少一根泵浦光纤，其特征在于，所述保偏主光纤与所述泵浦光纤连接的连接部具有外露的内包层径向外表面并且所述连接部具有完整的纤芯和应力结构；所述泵浦光纤与所述保偏主光纤连接的连接端具有与所述外露的内包层径向外表面的形状互补匹配并贴紧连接的端面结构。

2.如权利要求1所述的保偏光纤侧面泵浦耦合器，其特征在于，所述保偏主光纤连接部内包层的径向外表面为经过预处理的平整或不平整表面。

3.如权利要求1所述的保偏光纤侧面泵浦耦合器，其特征在于，所述耦合器泵浦的数量，由保偏主光纤内包层直径D1和泵浦光纤直径D2决定，即泵浦光纤的数量小于等于

4.如权利要求1所述的保偏光纤侧面泵浦耦合器，其特征在于，所述保偏主光纤为双包层或者多包层结构的熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤、椭圆包层型保偏光纤或椭圆芯保偏光纤。

5.如权利要求1所述的保偏光纤侧面泵浦耦合器，其特征在于，所述保偏主光纤在轴向上分布有多个连接部，每个连接部上连接有至少一根泵浦光纤，形成多级级联耦合器。

6.一种保偏光纤侧面泵浦耦合器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2还包括对保偏主光纤连接部的内包层径向外表面进行预处理的步骤，在所述保偏主光纤的预处理过程中不破坏保偏主光纤的纤芯和应力结构；并且泵浦光纤预处理后形成的端面结构与保偏主光纤连接部的内包层径向外表面预处理后的形状互补。

8.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中泵浦光纤预处理方式为高温加热同时加力处理、化学腐蚀、机械抛磨、激光刻蚀或离子束刻蚀。

9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中保偏主光纤预处理方式为高温加热同时加力处理、化学腐蚀、机械抛磨、激光刻蚀或离子束刻蚀。

10.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中耦合区空气层消除的方式位高温熔合、高温键合、胶粘合、光胶合、直接加力贴合或液体填充贴合。