CN103022875B - 一种大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置，通过将激光二极管阵列中的每个二极管发出的激光耦合进入光纤束阵列，从光纤束阵列出射的光通过方形包层的平面侧面全部入射在待泵浦光纤的纤芯上，从而提高了光能的利用率。由于光纤无缝紧密排列，因此在待泵浦光纤的轴向上泵浦光强分布均匀；采用双侧面泵浦技术在提高泵浦强度的同时也使得纤芯所受的泵浦光强更加均匀；在方形光纤的两个侧面镀反射膜提高了泵浦光的利用率；已经成熟的激光二极管阵列及其耦合技术使得该装置更具便捷性。该发明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了一种有效方便的侧面泵浦技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置，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，泵浦技术直接影响激光输出的性能。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，光纤激光器在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，而激光二极管阵列作为一种低功耗、高强度、稳定性好、寿命长的光源得到了广泛的应用。但是在用高功率的二极管阵列进行光纤端面泵浦时，由于光纤端面上所承受的光功率密度太高而经常导致光纤端面熔化，不能满足要求。因此大家将研究方向转移到侧面泵浦方式。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。但他们一般工艺复杂，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，但该方式所产生的泵浦光在光纤轴向上不太均匀，且光能利用率不高。
本发明通过将激光二极管阵列中的每个二极管泵浦光耦合进入光纤束阵列，可以选择纤芯与待泵浦光纤的纤芯粗细相同的光纤组成光纤束阵列，使耦合进入光纤束阵列的光出射时通过方形包层的平面侧面全部入射在待泵浦光纤的纤芯上，从而提高了光能的利用率。由于光纤无缝紧密排列，因此在待泵浦光纤的轴向上泵浦光强分布均匀；由于激光发散角及多模效应的存在，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；在方形光纤的两个侧面镀反射膜提高了泵浦光的利用率；采用双侧面泵浦技术在提高泵浦强度的同时也使得纤芯所受的泵浦光场更加均匀；已经成熟的激光二极管阵列及其耦合技术使得该装置更具便捷性。
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了一种有效方便的侧面泵浦技术。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于，提出一种大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置，解决高功率光纤激光器侧面泵浦问题。
技术方案：本发明提出的大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置包括大模场方形包层光纤、激光二极管阵列、光纤耦合模块、紧密排列的光纤束阵列、光纤夹具、光纤固定模块；大模场方形包层光纤由纤芯和包层组成；
激光二极管阵列为泵浦光源，光纤束阵列为纤芯与待泵浦光纤纤芯直径相同或相近的光纤紧密排列组成，激光二极管泵浦光通过光纤耦合模块将光束整形逐一耦合到紧密排列的光纤束阵列中，紧密排列的光纤束阵列的输出端各光纤无缝紧密贴合排列成“一”字形，使所有光纤端面保持平齐，再用光纤夹具固定，该“一”字形排列的光纤束阵列正对大模场方形包层光纤的一个侧面，且对准纤芯位置，则从光纤束阵列中输出的激光照射在纤芯上且在对面全反射膜的反射下返回再次通过纤芯，起到泵浦加强作用，另一侧面的泵浦过程与上述过程一样。
所述大模场方形包层光纤的纤芯为稀土掺杂玻璃基质材料，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方形，内轮廓为圆形；在方形包层光纤上选取相邻的两个侧面作为泵浦光入射面，另外的相邻两个侧面镀全反射膜，泵浦光信号从侧面入射光纤后在全反射膜的反射下再次通过纤芯，使得泵浦效率得到加强。
所述光纤固定模块采用导热性能良好的坚硬材料制成，在该模块的一个棱边处刻制一直角槽，用于放置光纤，将光纤镀有反射膜的两面紧贴方形槽放置，光纤与方形槽之间用导热硅胶粘附。
由以上过程可以实现对大模场方形包层光纤的双侧面泵浦。
有益效果：根据以上叙述可知，本发明具有如下特点：
本发明通过将激光二极管阵列中的每个二极管泵浦光耦合进入光纤束阵列，通过选择纤芯与待泵浦光纤的纤芯粗细相同的光纤组成光纤束阵列，使耦合进入光纤束阵列的光出射时通过方形包层的平面侧面全部入射在待泵浦光纤的纤芯上，从而提高了光能的利用率。由于光纤无缝紧密排列，因此在待泵浦光纤的轴向上泵浦光强分布均匀；由于激光发散角及多模效应的存在，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；在方形光纤的两个侧面镀反射膜提高了泵浦光的利用率；采用双侧面泵浦技术在提高泵浦强度的同时也使得纤芯所受的泵浦光场更加
均匀；已经成熟的激光二极管阵列及其耦合技术使得该装置更具便捷性。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了一种有效方便的侧面泵浦技术。
附图说明
图1为大模场方形包层光纤示意图。
图2为激光二极管阵列和光纤阵列及其耦合模块示意图。
图3为双侧面泵浦示意图。
图4为光纤固定模块示意图。
具体实施方式
本发明提出的大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置分别如图1、图2、图3和图4所示。
图1为大模场方形包层光纤示意图。包层7的外轮廓为方形，内轮廓为圆形，纤芯（6）为圆形。为叙述简便，假设方形包层光纤的8个端点分别为A、B、C、D、E、F、G、H；设其中ABCD平面和BCFG平面作为泵浦光入射平面，AEHD平面和EFGH平面镀全反射膜。
图2为激光二极管阵列2和光纤束阵列4及其耦合模块3示意图。选择纤芯与待泵浦光纤纤芯直径相同或相近的光纤组成光纤束阵列4，激光二极管阵列2通过光纤耦合模块3将光束整形耦合进入光纤束阵列4，在光纤束阵列4的出射端使光纤无缝紧密贴合“一”字形排列，且使所有光纤端面保持平齐，然后用光纤夹具5固定。
图3为双侧面泵浦示意图。两组光纤束阵列4分别正对大模场方形包层光纤1的ABCD平面和BCFG平面将泵浦光入射至方形包层光纤1的纤芯6，然后在AEHD平面和EFGH平面全反射膜的作用下返回再次通过光纤纤芯6，提高了泵浦光的利用效率。
图4为光纤固定模块8示意图。由导热性能良好的坚硬材料做成，在一个棱边处刻制一直角槽，如图中PQMNRS所示，将光纤1放入时，光纤1的AEHD平面紧贴光纤固定模块8的PQMN平面，光纤1的EFGH平面紧贴光纤固定模块8MNRS平面，光纤与直角槽之间用导热硅胶粘附。
具体实施时，假设方形包层光纤1的8个端点分别为A、B、C、D、E、F、G、H，设其中ABCD平面和BCFG平面作为泵浦光入射平面，AEHD平面和EFGH平面镀全反射膜。激光二极管阵列2通过光纤耦合模块3将光束整形耦合进入光纤束阵列4，在光纤束阵列4的出射端使光纤无缝紧密贴合“一”字形排列，且使所有光纤端面保持平齐，然后用光纤夹具5固定。两组光纤束阵列4分别正对ABCD平面和BCFG平面将泵浦光入射至光纤纤芯6，然后在AEHD平面和EFGH平面全反射膜的作用下返回再次通过光纤纤芯6，提高了泵浦光的利用效率。该光纤1固定在图4中的光纤固定模块8上，该模块由导热性能良好的坚硬材料做成，在一个棱边处刻制一直角槽，如图中PQMNRS所示，将光纤1放入时，光纤1的AEHD平面紧贴光纤固定模块8的PQMN平面，光纤1的EFGH平面紧贴光纤固定模块8MNRS平面，光纤与直角槽之间用导热硅胶粘附。由此可以实现对该光纤的双侧面泵浦。
Claims (3)
1.一种大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置，其特征在于，该装置包括大模场方形包层光纤（1）、两组激光二极管阵列（2）、两组光纤耦合模块（3）、两组紧密排列的光纤束阵列（4）、两组光纤夹具（5）、光纤固定模块（8）；大模场方形包层光纤（1）由纤芯（6）和包层（7）组成；
第一组激光二极管阵列（2）为泵浦光源，第一组光纤束阵列（4）由纤芯与待泵浦光纤纤芯直径相同或相近的光纤紧密排列组成，第一组激光二极管泵浦光通过第一组光纤耦合模块（3）将光束整形逐一耦合到紧密排列的第一组光纤束阵列（4）中，第一组紧密排列的光纤束阵列（4）的输出端各光纤无缝紧密贴合排列成“一”字形，使所有光纤端面保持平齐，再用第一组光纤夹具（5）固定，该“一”字形排列的第一组光纤束阵列（4）正对大模场方形包层光纤（1）的一个侧面，且对准纤芯（6）位置，则从第一组光纤束阵列（4）中输出的激光照射在纤芯（6）上且在对面全反射膜的反射下返回再次通过纤芯（6），起到泵浦加强作用；
第二组激光二极管阵列（2）为泵浦光源，第二组光纤束阵列（4）由纤芯与待泵浦光纤纤芯直径相同或相近的光纤紧密排列组成，第二组激光二极管泵浦光通过第二组光纤耦合模块（3）将光束整形逐一耦合到紧密排列的第二组光纤束阵列（4）中，第二组紧密排列的光纤束阵列（4）的输出端各光纤无缝紧密贴合排列成“一”字形，使所有光纤端面保持平齐，再用第二组光纤夹具（5）固定，该“一”字形排列的第二组光纤束阵列（4）正对大模场方形包层光纤（1）的与第一组光纤束阵列正对的侧面相邻的另一个侧面，且对准纤芯（6）位置，则从第二组光纤束阵列（4）中输出的激光照射在纤芯（6）上且在对面全反射膜的反射下返回再次通过纤芯（6），起到泵浦加强作用。
2.根据权利1所述的大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置，其特征在于，所述大模场方形包层光纤（1）的纤芯（6）为稀土掺杂玻璃基质材料，包层（7）为不掺杂的与纤芯玻璃基质相同的玻璃材料；纤芯（6）横截面为圆形，包层（7）横截面外轮廓为方形，内轮廓为圆形；在方形包层光纤（1）上选取相邻的两个侧面作为泵浦光入射面，另外的相邻两个侧面镀全反射膜。
3.根据权利1所述的大模场方形包层光纤双侧面泵浦装置，其特征在于，所述光纤固定模块（8）采用导热性能良好的坚硬材料制成，在该光纤固定模块的一个棱边处刻制一直角槽，用于放置大模场方形包层光纤（1），将大模场方形包层光纤（1）镀有反射膜的两面紧贴直角槽放置，光纤与直角槽之间用导热硅胶粘附。
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