CN102890311B - 保偏光纤泵浦耦合器及其制造方法 - Google Patents

保偏光纤泵浦耦合器及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种保偏光纤泵浦耦合器及其制造方法，耦合器包括保偏主光纤和含有若干泵浦光纤的泵浦光纤束，泵浦光纤束的一端为拉锥端的包层构成的中空部分，保偏主光纤一端为露出内包层并插入上述中空部分的过度区，过度区具有完整的应力结构并且其外表面与拉锥端的中空部分的内表面紧密接触并熔为一体。所述制造方法包括将多根泵浦光纤预处理形成空心光纤束，并在中间截断；对保偏主光纤内包层在不破坏纤芯和应力结构的前提下进行直径缩小处理或不进行缩小处理；将预处理后的主光纤插入空心泵浦光纤束，使其紧密配合；将二者熔为一体并对主光纤进行重新涂覆。本发明耦合时不破坏保偏光纤的纤芯和应力结构，提高信号的耦合效率和偏振消光比。

Description

保偏光纤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泵浦耦合器及其制造方法。
背景技术
单偏振态输出高功率高能量光纤激光器和放大器在光纤陀螺、光纤传感、非线性变频、相干光束组合等许多领域有广泛的应用前景。因此研究具有单偏振输出特性及一定消光比的光纤激光器具有十分重要的意义，单偏振光纤激光器已成为目前研究热点之一。然而，现在获得单偏振光纤激光输出的主要方法是采用分立光学元件实现泵浦光耦合。这使得光纤激光系统稳定性较差。对于全光纤结构单偏振光纤激光输出的光纤激光器，保偏光纤泵浦耦合器是其核心器件，现有技术中已有的保偏光纤泵浦耦合器由于采用端面泵浦方式，并且耦合器制作过程中保偏主光纤先截断后与输出光纤熔接，因此该保偏光纤泵浦耦合器的信号光耦合效率仅为90％，偏振消光比约为20dB。
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：提供一种保偏光纤泵浦耦合器及其制造方法，以在不破坏保偏光纤的纤芯和应力结构的前提下进行耦合，提高信号的耦合效率。
(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泵浦耦合器，包括保偏主光纤和含有若干泵浦光纤的泵浦光纤束，所述泵浦光纤束的一端为所述若干泵浦光纤围设而成的中空光纤束，所述保偏主光纤一端设有露出内包层的过度区，所述过度区具有完整的应力结构并插入所述泵浦光纤束的中空部分，所述泵浦光纤与所述保偏主光纤的过度区对应的部分为露出包层的拉锥端，所述泵浦光纤拉锥端的包层与所述保偏主光纤过度区的内包层紧密接触并熔为一体。
优选地，所述保偏主光纤的过度区为径向尺寸小于保偏主光纤内包层主体径向尺寸的柱体，过度区与内包层主体之间形成台阶面，所述泵浦光纤拉锥端紧密贴靠于所述过度区径向外表面上并且拉锥端端部紧密抵靠于所述台阶面，所述泵浦光纤拉锥端端部的直径与所述光纤主体过度区与内包层主体之间的半径差相当。
优选地，所述保偏主光纤的过度区为窄端靠近端部、宽端远离端部的锥台形，所述若干泵浦光纤的拉锥端形成的中空部分具有与所述过度区对应的锥形内周。
优选地，所述保偏主光纤从位于所述泵浦光纤束中空部分内的端部至过度区的尾段的内包层外设有新涂覆层料，所述新涂覆层与保偏主光纤尾段的内包层形成的数值孔径与保偏主光纤主体内包层的原有的数值孔径一致。
优选地，所述保偏主光纤为双包层或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。
另一方面，本发明还提供了一种上述保偏光纤泵浦耦合器的制作方法，包括以下步骤：
S1：分别除去泵浦光纤束中的若干泵浦光纤待熔接区域的涂覆层，露出包层；从一端开始除去保偏主光纤的涂覆层，露出内包层并形成过度区，所述过度区的应力结构保持完整；
S2：将所述泵浦光纤去除涂覆层的部分按一定的锥度拉锥到预定尺寸形成拉锥端；拉锥过程中，泵浦光纤束的中心光纤采用金属丝替代；拉锥完成后，将金属丝抽出，泵浦光纤束形成为中空光纤束；
S3：将所述泵浦光纤束从拉锥处理的轴向中心截断，并对所述泵浦光纤拉锥端形成的中空部分进行处理，使拉锥端形成的中空部分形状与保偏主光纤的过度区互补；
S4：将露出内包层的保偏主光纤的一端插入泵浦光纤束的中空部分，使保偏主光纤的过度区与泵浦光纤拉锥端形成中空部分紧密贴合；
S5：将所述保偏主光纤的过度区与所述泵浦光纤的拉锥端形成的中空部分熔为一体；
S6：对内包层露出在外面的过度区到端部之间的保偏主光纤部分，重新涂覆制作新涂覆层。
优选地，所述步骤S2还包括对保偏主光纤过度区的内包层进行直径缩小处理，形成所需过度区形状的步骤，在对过度区内包层进行处理的过程中不破坏保偏主光纤的纤芯和应力结构。
优选地，所述步骤S5中，通过氢氧火焰、CO2激光器、丙烷气、或微粒子喷灯将所述保偏主光纤过度区与泵浦光纤的拉锥端熔为一体。
优选地，通过化学腐蚀或机械抛磨的方法，对步骤S2中去除涂覆层的保偏主光纤内包层进行预处理、以及对步骤S3中的所述泵浦光纤拉锥端形成的中空部分进行处理。
(三)有益效果
本发明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，采用空心泵浦光纤束与输出光纤紧密配合并熔为一体，保证泵浦光从泵浦光纤到保偏主光纤的高效耦合，并且使耦合器结构稳定可靠。另外，本发明保偏主光纤不破坏保偏光纤应力结构，保证耦合器具有较高的偏振消光比；不破坏纤芯，保证耦合器具有较高的信号透过率。本发明的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1为根据本发明实施例二制作方法的步骤流程图；
图2a为经过本发明实施例二制作方法步骤S2处理后泵浦光纤束与保偏主光纤的结构示意图；
图2b为图2a中保偏主光纤A-A处的截面示意图；
图2c为图2a中保偏主光纤B-B处的截面示意图；
图2d为经过本发明实施例二制作方法步骤S3处理后泵浦光纤束结构示意图；
图2e为经过本发明实施例二制作方法步骤S4和S5处理后泵浦光纤束与保偏主光纤的结构示意图；
图2f为经过本发明实施例二制作方法步骤S6处理后泵浦光纤束与保偏主光纤的结构示意图；
图3a为根据本发明实施例三耦合器的结构示意图；
图3b为图3a中C-C处的剖视图；
图3c为图3a中D-D处的截面示意图；
图4a为根据本发明实施例四耦合器的结构示意图；
图4b为图4a中E-E处的剖视图；
图4c为图4a中F-F处的截面示意图。
其中，110泵浦光纤；111包层；112拉锥端；113涂覆层；120保偏主光纤；121内包层；122过度区；123涂覆层；124应力结构；125纤芯；126新涂覆层；130金属丝；
210泵浦光纤；211包层；212拉锥端；213涂覆层；220保偏主光纤；221内包层；222过度区；223涂覆层；224应力结构；225纤芯；226新涂覆层；227台阶面。
310泵浦光纤；311包层；312拉锥端；313涂覆层；320保偏主光纤；321内包层；322过度区；323涂覆层；324应力结构；325纤芯；326新涂覆层。
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：
本实施例记载了一种保偏光纤泵浦耦合器，包括保偏主光纤和含有若干泵浦光纤的泵浦光纤束，所述泵浦光纤束的一端为所述若干泵浦光纤围设而成的中空光纤束，所述保偏主光纤一端设有露出内包层的过度区，所述过度区具有完整的应力结构并插入所述泵浦光纤束的中空部分，所述泵浦光纤与所述保偏主光纤的过度区对应的部分为露出包层的拉锥端，所述泵浦光纤拉锥端的包层与所述保偏主光纤过度区的内包层紧密接触并熔为一体。
如图3b所示，在本发明的一些实施例中，所述保偏主光纤的过度区为径向尺寸小于保偏主光纤内包层主体径向尺寸的柱体，过度区与内包层主体之间形成台阶面，所述泵浦光纤拉锥端紧密贴靠于所述过度区径向外表面上并且拉锥端端部紧密抵靠于所述台阶面，所述泵浦光纤拉锥端端部的直径与所述光纤主体过度区与内包层主体之间的半径差相当。
或者如图4b所示，在本发明的另一些实施例中，所述保偏主光纤的过度区为窄端靠近端部、宽端远离端部的锥台形，所述若干泵浦光纤的拉锥端形成的中空部分具有与所述过度区对应的锥形内周。
所述保偏主光纤从位于所述泵浦光纤束中空部分内的端部至过度区的尾段的内包层外设有新涂覆层料，所述新涂覆层与保偏主光纤尾段的内包层形成的数值孔径与保偏主光纤主体内包层的原有的数值孔径一致。
所述保偏主光纤为双包层或多包层结构的熊猫型保偏光纤(如图2b、2c和3c所示)、领结型保偏光纤(如图4c所示)、椭圆包层型保偏光纤或椭圆芯保偏光纤。
实施例二：
如图1、图2a-2f所示，本实施例记载了一种实施例一所述的保偏光纤泵浦耦合器的制作方法，包括以下步骤：
S1：分别除去泵浦光纤束中的若干泵浦光纤110待熔接区域的涂覆层113，露出包层111；从一端开始除去保偏主光纤120的涂覆层123，露出内包层121并形成过度区122，所述过度区122的应力结构124保持完整；
S2：将所述泵浦光纤110去除涂覆层113的部分按一定的锥度拉锥到预定尺寸形成拉锥端112；拉锥过程中，泵浦光纤束的中心光纤采用金属丝130替代；拉锥完成后，将金属丝130抽出，泵浦光纤束形成为中空光纤束；在本发明的一些实施例中，通过化学腐蚀或机械抛磨的方法对保偏主光纤120过度区122的内包层121进行直径缩小处理，形成所需过度区122形状，在对过度区122内包层121进行处理的过程中不破坏保偏主光纤120的纤芯125和应力结构124
S3：将所述泵浦光纤束从拉锥处理的轴向中心截断，并通过化学腐蚀或机械抛磨的方法对所述泵浦光纤110拉锥端112形成的中空部分进行处理，使拉锥端112形成的中空部分形状与保偏主光纤120的过度区122互补；
S4：将露出内包层121的保偏主光纤120的一端插入泵浦光纤束的中空部分，使保偏主光纤120的过度区122与泵浦光纤110拉锥端112形成的中空部分紧密贴合；
S5：通过氢氧火焰、CO2激光器、丙烷气、或微粒子喷灯将所述保偏主光纤120的过度区122与所述泵浦光纤110的拉锥端112形成的中空部分熔为一体；
S6：对内包层121露出在外面的过度区122到端部之间的保偏主光纤120部分，重新涂覆制作新涂覆层126。
下面以具体的耦合器结构和制作方法为例进行说明
实施例三：
如图3a-3c所示，本实施例记载了一种保偏光纤泵浦耦合器，作为实施例一的一个具体实例，本实施例的保偏主光纤220为熊猫型保偏主光纤，如图3b所示，保偏主光纤220的过度区222为径向尺寸小于保偏主光纤220内包层221主体径向尺寸的柱体，过度区222与内包层221主体之间形成台阶面227，所述泵浦光纤拉锥端212紧密贴靠于所述过度区221径向外表面上并且拉锥端212端部紧密抵靠于所述台阶面227，所述泵浦光纤拉锥端212端部的直径与所述光纤主体过度区222与内包层221主体之间的半径差(即台阶面径向的宽度)相当。
本实施例耦合器的制作方法为：将一纤芯225/内包层221直径分别为20/400um的圆形保偏双包层光纤作为本实施例的保偏主光纤220，将该保偏主光纤220的涂覆层223轴向去除30cm，露出内包层221；保偏主光纤220的应力结构形状224为圆形。9根泵浦光纤210的纤芯/包层直径分别为200/220um，将泵浦光纤210的涂覆层113轴向去除3cm，露出包层211；采用HF对纤芯225/内包层221的去涂覆层处进行化学腐蚀，使其直径缩小到200um，形成过度区222；采用氢氧焰加热熔融拉锥方法对9根泵浦光纤210熔融拉锥形成拉锥端212，拉锥过程中泵浦光纤束中心穿入直径为203um的圆形金属丝，拉锥后使每根光纤拉锥端212的直径缩小到100um；然后，将金属丝抽出，并从拉锥的轴向中心截断，形成空心光纤束；接着，将处理后的保偏主光纤220插入空心光纤束，使泵浦光纤拉锥端212形成的空心内表面以及拉锥端212的端面分别与过度区222的外表面以及台阶面227紧密接触。用氢氧火焰加热该紧密接触区域，使泵浦光纤束与保偏主光纤220熔为一体；最后对保偏主光纤220输入端进行重新涂覆形成新涂覆层226，即完成本实施例耦合器制作。
实施例四：
如图4a-4c所示，本实施例记载了一种保偏光纤泵浦耦合器，作为实施例一的一个具体实例，本实施例的保偏主光纤320为领结型保偏光纤，如图4b所示，所述保偏主光纤320的过度区322为窄端靠近端部、宽端远离端部的锥台形，所述若干泵浦光纤310的拉锥端312形成的中空部分具有与所述过度区322对应的锥形内周。
本实施例耦合器的制作方法为：将一纤芯/内包层直径分别为25/250um的保偏圆形双包层光纤作为本实施例的保偏主光纤320，将所述保偏主光纤320的涂覆层323轴向去除30cm，露出内包层321；保偏主光纤320的应力结构324形状为蝶形。9根泵浦光纤310的尺寸为105/125um，将其涂覆层313轴向去除3cm，露出311包层；采用HF对保偏主光纤320的去涂覆层处进行化学腐蚀，使其直径缩小到125um，并形成锥台形的过度区322；采用氢氧焰加热熔融拉锥方法对9根泵浦光纤310熔融拉锥形成拉锥端312，拉锥过程中泵浦光纤束的中心穿入直径为126um的圆形金属丝，拉锥后使每根泵浦光纤310拉锥端312的直径缩小到62.5um；然后，将金属丝抽出，并从拉锥的轴向中心截断泵浦光纤束，形成空心光纤束，采用机械抛磨得方式使拉锥端312围成的空心内表面形成锥形；接着，将处理后的保偏主光纤320插入空心光纤束，使保偏主光纤320过度区322的锥台形外表面与各泵浦光纤310拉锥端312形成的锥形中空部分的内周紧密接触。用氢氧火焰加热该紧密接触部分，使泵浦光纤束与保偏主光纤320熔为一体；最后对保偏主光纤320输入端进行重新涂覆形成新涂覆层326，即完成耦合器制作。
本发明在耦合器制作的过程中不破坏保偏光纤应力结构，保证耦合器具有较高的偏振消光比；不破坏纤芯，保证耦合器具有较高的信号透过率。并且本发明采用空心泵浦光纤束与输出光纤紧密配合并熔为一体，保证泵浦光从泵浦光纤到保偏主光纤的高效耦合，并且使耦合器结构稳定可靠。
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 (5)

1.一种保偏光纤泵浦耦合器，包括保偏主光纤和含有若干泵浦光纤的泵浦光纤束，其特征在于，所述泵浦光纤束的一端为所述若干泵浦光纤围设而成的中空光纤束，所述保偏主光纤一端设有露出内包层的过度区，所述过度区具有完整的应力结构并插入所述泵浦光纤束的中空部分，所述泵浦光纤与所述保偏主光纤的过度区对应的部分为露出包层的拉锥端，所述泵浦光纤拉锥端的包层与所述保偏主光纤过度区的内包层紧密接触并熔为一体；
其中，所述保偏主光纤的过度区为径向尺寸小于保偏主光纤内包层主体径向尺寸的柱体，过度区与内包层主体之间形成台阶面，所述泵浦光纤拉锥端紧密贴靠于所述过度区径向外表面上并且拉锥端端部紧密抵靠于所述台阶面，所述泵浦光纤拉锥端端部的直径与所述光纤主体过度区与内包层主体之间的半径差相当；
所述保偏主光纤的过度区为窄端靠近端部、宽端远离端部的锥台形，所述若干泵浦光纤的拉锥端形成的中空部分具有与所述过度区对应的锥形内周。
2.如权利要求1所述的保偏光纤泵浦耦合器，其特征在于，所述保偏主光纤从位于所述泵浦光纤束中空部分内的端部至过度区的尾段的内包层外设有新涂覆层料，所述新涂覆层与保偏主光纤尾段的内包层形成的数值孔径与保偏主光纤主体内包层的原有的数值孔径一致。
3.如权利要求1所述的保偏光纤泵浦耦合器，其特征在于，所述保偏主光纤为双包层或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。
4.一种保偏光纤泵浦耦合器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：分别除去泵浦光纤束中的若干泵浦光纤待熔接区域的涂覆层，露出包层；从一端开始除去保偏主光纤的涂覆层，露出内包层并形成过度区，所述过度区的应力结构保持完整；
S2：将所述泵浦光纤去除涂覆层的部分按一定的锥度拉锥到预定尺寸形成拉锥端；拉锥过程中，泵浦光纤束的中心光纤采用金属丝替代；拉锥完成后，将金属丝抽出，泵浦光纤束形成为中空光纤束；
S3：将所述泵浦光纤束从拉锥处理的轴向中心截断，并对所述泵浦光纤拉锥端形成的中空部分进行处理，使拉锥端形成的中空部分形状与保偏主光纤的过度区互补；
S4：将露出内包层的保偏主光纤的一端插入泵浦光纤束的中空部分，使保偏主光纤的过度区与泵浦光纤拉锥端形成中空部分紧密贴合；
S5：将所述保偏主光纤的过度区与所述泵浦光纤的拉锥端形成的中空部分熔为一体；
S6：对内包层露出在外面的过度区到端部之间的保偏主光纤部分，重新涂覆制作新涂覆层；
其中，所述步骤S2还包括对保偏主光纤过度区的内包层进行直径缩小处理，形成所需过度区形状的步骤，在对过度区内包层进行处理的过程中不破坏保偏主光纤的纤芯和应力结构；
所述步骤S5中，通过氢氧火焰、CO2激光器、丙烷气、或微粒子喷灯将所述保偏主光纤过度区与泵浦光纤的拉锥端熔为一体。
5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，通过化学腐蚀或机械抛磨的方法，对步骤S2中去除涂覆层的保偏主光纤内包层进行预处理、以及对步骤S3中的所述泵浦光纤拉锥端形成的中空部分进行处理。
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