CN103022874B - 一种大模场d型包层光纤侧面泵浦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种大模场D型包层光纤侧面泵浦装置，通过光线准直系统将光源的发散光束转变为平行光束，使用光纤束导光，使得光能利用率有效提高。在D型光纤的平面侧面上镀泵浦光增透膜，从而减小泵浦光在界面上的反射损耗，在D型光纤的扇形侧面镀全反射膜使得泵浦光原路返回，从而提高了泵浦效率。由于光纤无缝紧密贴合排列，因此在待泵浦光纤的轴向上泵浦光强分布均匀。由于衍射效应及多模效应的存在，相邻光纤出射光斑将部分重叠可以弥补光纤包层对应的无光区。该发明专利可以很好的应用于高功率光纤激光器，为高功率光纤激光器提供一种有效的侧面泵浦技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种D型包层光纤侧面泵浦装置，属于光通信、光器件和光信息处理的技术领域。
背景技术
泵浦技术是激光科学发展中的核心技术，直接影响激光的输出性能。随着激光技术的高速发展，激光器也向着固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器、光纤激光器等多样化的方向发展，而不同的激光器对泵浦技术也有不同的要求，因此激光泵浦技术一直是科学领域研究的热点。目前采用的泵浦光源主要由闪光灯、白炽灯、发光二极管、激光二极管等。泵浦方式主要有：单端面泵浦、双端面泵浦和侧面泵浦三种。
目前，光纤激光器正向着高功率的方向发展，因此对于泵浦光的强度要求也越来越高。但是，在高功率光纤端面泵浦时，由于光纤端面上所承受的光功率密度太高经常导致光纤端面熔化，不能满足要求。因此，研究人员将研究转移到侧面泵浦技术。目前采用的侧面泵浦方式主要有：熔锥侧面泵浦耦合、V形槽侧面耦合、嵌入反射镜侧面耦合、角度磨抛侧面泵浦耦合、微棱镜侧面泵浦耦合、衍射光栅侧面泵浦耦合等，但通常工艺复杂，制作难度较高。还有人直接用激光二极管线阵通过透镜聚焦于光纤表面泵浦，但该方式对光能利用率低，且泵浦光在光纤轴向上分布不太均匀。
本发明专利通过光线准直系统将光源的发散光束转变为平行光束，并将光斑半径进一步缩小以提高光能量密度，平行光束垂直入射导光光纤束光入射端平面，从而将光能量耦合进光纤束，导光光纤束光出射端正入射D型包层光纤的平面侧面，平面侧面上镀泵浦光增透膜，从而减小泵浦光在界面上的反射损耗，泵浦光通过纤芯后在扇形侧面全反射膜的作用下原路返回再次通过纤芯，从而提高了泵浦效率。
由于光纤无缝紧密贴合排列，因此在待泵浦光纤的轴向上泵浦光强分布均匀；由于衍射效应及多模效应的存在，相邻光纤出射光斑将部分重叠可以弥补光纤包层对应的无光区；在D型光纤的侧面上镀增透膜和反射膜提高了泵浦光的利用率。该专利可以很好的应用于高功率光纤激光器，为高功率光纤激光器提供一种有效的侧面泵浦技术。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于，提出一种D型包层光纤侧面泵浦装置，解决高功率光纤激光器侧面泵浦问题。
技术方案：本发明提出的D型包层光纤侧面泵浦装置由D型包层光纤、光源及其准直系统、导光光纤束、光纤夹具、光纤固定模块所组成；其中，导光光纤束的一端扎成一束正对光源及其准直系统的输出端，用于接收入射光束，入射光束与光纤束端头平面垂直；导光光纤束的另一端为出射端排列为“一”字形，光纤之间无缝紧密贴合排列，光纤端头平齐，用光纤束夹具固定；D型包层光纤由光纤固定模块固定，D型包层光纤的短面正对导光光纤束的“一”字形排列的出射端；则泵浦光源发出的光汇聚准直为一平行光束后耦合进光纤束，从光纤束的出射端传出进而入射进D型光纤的纤芯，从而实现侧面泵浦。
该D型包层光纤的纤芯为稀土掺杂玻璃基质，包层为不掺杂的与纤芯玻璃基质相同的玻璃材料，纤芯横截面为圆形，包层横截面外轮廓为D型，内轮廓为圆形；包层光纤的D型平面侧面上镀泵浦光增透膜，扇形侧面上镀泵浦光全反射膜。
光源及其准直系统由V型反光杯、光源、2个凸透镜组成，V型反光杯对光线起到汇聚作用，两个凸透镜使光束准直并转变为平行光束并使光斑半径减小到比光纤束横截面稍大，适于光纤耦合。
所述的光纤固定模块采用块状铜质材料做成，在该模块上刻制一V型槽，用于放置光纤，V型槽的深度小于D型包层光纤的平面侧面与扇形侧面之间的最大距离，在V型槽中涂敷导热硅胶，将光纤的扇形侧面向下，平面侧面向上放入V型槽中固定。
有益效果：根据以上叙述可知，本发明具有如下特点：
本发明通过光线准直系统将光源的发散光束转变为平行光束，使用光纤束导光，使得光能利用率有效提高。在D型光纤的平面侧面上镀泵浦光增透膜，从而减小泵浦光在界面上的反射损耗，在D型光纤的扇形侧面镀全反射膜使得泵浦光原路返回，从而提高了泵浦效率。由于光纤无缝紧密贴合排列，因此在待泵浦光纤的轴向上泵浦光强分布均匀。由于衍射效应及多模效应的存在，相邻光纤出射光斑将部分重叠可以弥补光纤包层对应的无光区。该发明专利可以很好的应用于高功率光纤激光器，为高功率光纤激光器提供一种有效的侧面泵浦技术。
附图说明
图1为D型包层光纤结构示意图；
图2为D型包层光纤侧面泵浦示意图；
图3为D型包层光纤固定装置示意图。
其中包括：D型包层光纤1、光源及其准直系统2、导光光纤束3、光纤夹具4、光纤固定模块5。
具体实施方式
本发明提出的D型包层光纤侧面泵浦装置如下：
图1为D型包层光纤示意图，包层的外轮廓为D型，内轮廓为圆形，纤芯为圆形。其中，包层的平面侧面作为泵浦光入射面，其上镀泵浦光增透膜，以减少入射泵浦光的反射损耗。包层的扇形侧面镀全反射膜，可以将泵浦光返回再次通过光纤。
图2为D型包层光纤侧面泵浦示意图，包含光源及其准直系统、导光光纤束、光纤束夹具、D型包层光纤。其中，光源及其准直系统由V型反光杯、光源、2个凸透镜组成。V型反光杯对光线起到汇聚作用，两个凸透镜使光束转变为平行光束并使光斑半径减小到比光纤束横截面稍大，适合于光纤耦合。导光光纤束的光入射端聚集无缝紧密贴合排列为近似圆形，用光纤束夹具固定，光纤束端头平齐组成平面，用于接收入射光束，入射光束与光纤束端头平面垂直。导光光纤束的出射端排列为“一”字形，光纤之间无缝紧密贴合排列，光纤端头平齐，用光纤束夹具固定。则泵浦光源发出的光汇聚准直为一平行光束后耦合进光纤束，从光纤束的出射端传出进而入射进D型光纤的纤芯，从而实现侧面泵浦。
图3为D型包层光纤固定装置示意图，在一方型铜块上刻制一V型槽，V型槽的深度小于D型包层光纤平面侧面与扇形侧面之间的最大距离。在V型槽中涂敷导热硅胶，将光纤的扇形侧面向下，平面侧面向上放入V型槽中固定。
具体实施时, V型反光杯将光线汇聚，两个凸透镜使光束转变为平行光束并使光斑半径减小到比光纤束横截面稍大，适于光纤耦合。导光光纤束的光入射端聚集无缝紧密贴合排列为近似圆形，用光纤束夹具固定，光纤束端头平齐组成平面，用于接收入射光束，入射光束与光纤束端头平面垂直。导光光纤束的出射端排列为“一”字形，光纤之间无缝紧密贴合排列，光纤端头平齐，用光纤束夹具固定。则泵浦光源发出的光汇聚准直为一平行光束后耦合进光纤束，从光纤束的出射端传出进而入射进D型光纤的纤芯，从而实现侧面泵浦。D型包层光纤的平面侧面作为泵浦光入射平面，其上镀泵浦光增透膜，以减少入射泵浦光的反射损耗。包层的扇形侧面镀
全反射膜，以将泵浦光返回再次通过光纤。在一方型铜块上刻制一V型槽，V型槽的深度小于D型包层光纤平面侧面与扇形侧面之间的最大距离。在V型槽中涂敷导热硅胶，将光纤的扇形侧面向下，平面侧面向上放入V型槽中固定。
Claims (1)
1.一种大模场D型包层光纤侧面泵浦装置，其特征在于，该装置由D型包层光纤(1)、泵浦光源及其准直系统(2)、导光光纤束(3)、光纤夹具(4)、光纤固定模块(5)所组成；其中，导光光纤束(3)的一端扎成一束，正对泵浦光源及其准直系统(2)的输出端，用于接收入射光束，入射光束与光纤束端头平面垂直；导光光纤束(3)的另一端为出射端，排列为“一”字形，光纤之间无缝紧密贴合排列，光纤端头平齐，用光纤夹具(4)固定；D型包层光纤(1)由光纤固定模块(5)固定，D型包层光纤(1)的平面侧面正对导光光纤束(3)的“一”字形排列的出射端；则泵浦光源发出的光汇聚准直为一平行光束后耦合进光纤束，从光纤束的出射端传出进而入射进D型包层光纤的纤芯，从而实现侧面泵浦；
所述D型包层光纤(1)的纤芯为稀土掺杂玻璃基质，包层为不掺杂的与纤芯玻璃基质相同的玻璃材料，纤芯横截面为圆形，包层横截面外轮廓为D型，内轮廓为圆形；包层光纤的D型平面侧面上镀泵浦光增透膜，扇形侧面上镀泵浦光全反射膜；
泵浦光源及其准直系统(2)由V型反光杯、泵浦光源、2个凸透镜组成，V型反光杯对光线起到汇聚作用，两个凸透镜使光束准直并转变为平行光束并使光斑半径减小到比光纤束横截面稍大，适于光纤耦合；
所述的光纤固定模块(5)采用块状铜质材料做成，在该模块上刻制一V型槽，用于放置光纤，V型槽的深度小于D型包层光纤的平面侧面与扇形侧面之间的最大距离，在V型槽中涂敷导热硅胶，将光纤的扇形侧面向下，平面侧面向上放入V型槽中固定。
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