CN103091779A - 高功率光纤耦合器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高功率光纤耦合器及其制作方法，主要涉及光纤泵浦耦合技术领域。本发明公开的高功率光纤耦合器及其制造方法主要利用二氧化硅气溶胶是泵浦光纤与多包层光纤的端面或者侧面粘结，将泵浦光束耦合进入多包层光纤的包层内。有益效果是，利用二氧化硅气溶胶将一个或者多根泵浦光纤粘接在多包层光纤内包层侧面或端面上，这样无需添加额外的光学零件，而且在粘接的过程中加热温度控制在光纤的熔融温度之下，同时监测差损，差损达到要求时停止加热，提高了工艺的可控性，也提高了产品的稳定性和可靠性。本发明的耦合机构简单，工艺易于实施。此外利用二氧化硅气溶胶在多包层光纤的周圈形成锥形光管，有效的增加多包层光纤的集光能力。
Description
技术领域
本发明涉及光纤泵浦耦合技术领域，尤其涉及一种高功率光纤泵浦耦合器及其制作方法。
背景技术
近几年来，由于高功率光纤激光的优异特性，使得其在工业加工、国防军事、激光医疗等领域的应用逐步扩大，高功率光纤激光器和高功率光纤放大器的需求日益增大，其输出功率的要求越来越高。
在高功率光纤激光器和光纤放大器中，最关键的技术就是如何将几十瓦、数百瓦甚至上千瓦的泵浦激光高效率的耦合进入直径尺寸只有几百微米甚至几十微米的多包层光纤的内包层当中，并且有效的泵浦系统可以显著提高激光的输出功率，降低系统的废热产生率，因此需要一种高功率光纤耦合器来实现上述的目的。目前的泵浦耦合技术主要分为两种：端面耦合泵浦和侧面耦合泵浦。端面泵浦多数采用透镜组对半导体阵列直接整形耦合进入多包层光纤，或者先耦合多模光纤再将多模光纤与多包层光纤相互熔接；光纤侧面泵浦耦合技术包括很多种类：例如角度磨抛光纤胶合法、内包层开V槽法、植入微棱镜等。这些方法大都工艺繁琐，做工微细，制作难度大，产品稳定性和可靠性都难以达到要求。
发明内容
本发明提供一种高功率光纤泵浦耦合器及其制作方法，克服了上述技术中存在的产品稳定性和可靠性差、生产制作难度大等问题，以满足高功率光纤激光器和高功率光纤放大器的需求。
本发明采用以下技术方案来实现：一种高功率光纤耦合器，包括一根多包层光纤和一根或多根泵浦光纤，所述泵浦光纤通过二氧化硅气溶胶与多包层光纤的端面或者侧面粘结。
优选的，所述泵浦光纤是多根多模光纤去掉涂覆层后利用二氧化硅气溶胶粘成的光纤束，所述光纤束的端面与多包层光纤的端面粘结。
优选的，所述泵浦光纤是一根或多根多模光纤，上述多模光纤的一端拉成锥状细丝，所述锥状细丝的端面与多包层光纤的侧面的外包层粘结。
优选的，所述泵浦光纤是一根或多根多模光纤，其中光纤一端的一侧包层被磨除，上述磨除部位与多包层光纤的侧面的外包层粘结。
优选的，还包括锥形光管，所述锥形光管由二氧化硅气溶胶环绕在多包层光纤的外包层上形成，所述泵浦光纤是一根或多根的多模光纤，其端面与锥形光管和多包层光纤共同的端面粘结，或仅与锥形光管的端面粘结。
一种高功率光纤耦合器的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）泵浦光纤和多包层光纤耦合的区域去掉涂覆层；
（2）泵浦光纤和多包层光纤耦合的区域利用二氧化硅气溶胶粘结；
（3）对泵浦光纤和多包层光纤的连接处高温处理，使得两段光纤粘接在一起，并对双包层光纤的输出光功率进行监测，当输出光功率达到最大时保持位置固化。
优选的，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1）去掉泵浦光纤的一端的涂覆层，并将多束泵浦光纤利用二氧化硅气溶胶粘为一束泵浦光纤束；（2）上述泵浦光纤束的端面与多包层光纤的端面为耦合区域。
优选的，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1）去掉泵浦光纤的一端的涂覆层，并在高温下拉成锥状细丝；（2）上述锥状细丝的端面与多包层光纤一端的侧面为耦合区域。
优选的，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1）去掉泵浦光纤的一端的一侧涂覆层，并磨除一部分包层；（2）上述泵浦光纤已磨除包层的侧面与多包层光纤一端的侧面为耦合区域。
优选的，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1) 将多包层光纤的一端涂覆层剥离，使得外包层侧面裸露，利用二氧化硅气溶胶在外包层上形成一个环绕多包层光纤的锥形光管；(2)将泵浦光纤的端面与锥形光管和多包层光纤共同的大端面为耦合区域，或仅泵浦光纤的端面与锥形光管的端面为耦合区域。
本发明的有益效果是，利用二氧化硅气溶胶将一个或者多根泵浦光纤粘接在多包层光纤内包层侧面或端面上，这样不但无需添加额外的光学零件，而且在粘接的过程中加热温度控制在光纤的熔融温度之下，高温处理时监测差损，差损达到要求时停止加热，提高了工艺的可控性，也提高了产品的稳定性和可靠性。本发明的耦合机构简单，工艺易于实施。此外利用二氧化硅气溶胶在多包层光纤的周圈形成锥形光管，可以有效的增加多包层光纤的集光能力。
附图说明
图1为本发明实施例中光纤束端面泵浦方案的光纤束示意图；
图2为本发明实施例中光纤束的横截面示意图；
图3为本发明实施例中光纤束端面泵浦方案的粘结示意图；
图4为本发明实施例中锥形光纤组侧面粘结方案示意图；
图5为本发明实施例中磨除包层光纤组侧面粘结方案示意图；
图6为本发明实施例中锥形光管侧面泵浦方案示意图；
图7为本发明实施例中锥形光管端面泵浦方案示意图；
附图标号说明：1 光纤束；2 二氧化硅气溶胶；3 双包层光纤；4 泵浦光纤；5 锥形光纤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的实施例中选用105/125um多模光纤和5/130/250um双包层光纤，其中多模光纤作为泵浦光纤。
实施例1
首先将泵浦光纤4的一端的涂覆层剥离，并将多束光纤利用二氧化硅气溶胶2粘成一根光纤束1，如图1和图2所示，光纤束1的截面大小和双包层光纤3的端面吻合；然后光纤束1与双包层光纤3的端面对齐，间隙利用二氧化硅气溶胶2填充；对泵浦光纤束1和双包层光纤3的粘接部位进行加热处理，使得气溶胶2固化，而两端光纤粘结在一起，如图3所示；并在固化的过程中对泵浦光纤注入泵浦光，并对双包层光纤的输出光功率进行监测，当输出光功率达到最大时保持位置固化；加热处理同时监测差损，差损达到要求时，停止加热。加热温度不得超过光纤的熔融温度以免破环光纤结构造成额外的损耗。
实施例2
如图4所示，首先将泵浦光纤4的一端的涂覆层剥离，并在高温下拉成锥状；将双包层光纤3的欲耦合部位的涂覆层剥离，然后将制备好的泵浦光纤锥状端4与双包层光纤3耦合部位的外包层侧面紧贴，间隙利用二氧化硅气溶胶2填充；对泵浦光纤4和双包层光纤3的粘接部位进行加热处理，使得气溶胶固化，而两端光纤粘结在一起，；并在固化的过程中对泵浦光纤注入泵浦光，并对双包层光纤3的输出光功率进行监测，当输出光功率达到最大时保持位置固化；加热处理同时监测差损，差损达到要求时，停止加热。加热温度不得超过光纤的熔融温度以免破环光纤结构造成额外的损耗。
实施例3
如图5所示，首先将泵浦光纤4的一端的涂覆层剥离，并磨除一侧的一部分包层；将双包层光纤3的欲耦合部位的涂覆层剥离，使得侧面外包层裸露；然后将制备好的一根或多根泵浦光纤4无包层侧面分别与双包层光纤3耦合部位的外包层侧面紧贴，间隙利用二氧化硅气溶胶2填充；对泵浦光纤4和双包层光纤3的粘接部位进行加热处理，使得气溶胶2固化，而两端光纤粘结在一起，；并在固化的过程中对泵浦光纤注入泵浦光，并对双包层光纤的输出光功率进行监测，当输出光功率达到最大时保持位置固化；加热处理同时监测差损，差损达到要求时，停止加热。加热温度不得超过光纤的熔融温度以免破环光纤结构造成额外的损耗。
实施例4
首先将双包层光纤3的一端涂覆层剥离，使得外包层侧面裸露，利用二氧化硅气溶胶2在外包层上形成一个环绕多包层光纤的锥形光管5；如图6所示，将一根或多根的泵浦光纤4的端面与锥形光管5的端面紧贴，间隙利用二氧化硅气溶胶2填充；对泵浦光纤4和双包层光纤3的粘接部位进行加热处理，使得气溶胶2固化，而两端光纤粘结在一起；并在固化的过程中对泵浦光纤注入泵浦光，并对双包层光纤的输出光功率进行监测，当输出光功率达到最大时保持位置固化；加热处理同时监测差损，差损达到要求时，停止加热。加热温度不得超过光纤的熔融温度以免破环光纤结构造成额外的损耗。
如图7所示，本实施例也可以选择另一种实现方式，是将一根或多根的泵浦光纤4的端面与锥形光管5和双包层光纤3形成的大端面粘结，然后按上述同样的方法步骤进行制作。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高功率光纤耦合器，包括一根多包层光纤和一根或多根泵浦光纤，其特征在于，所述泵浦光纤通过二氧化硅气溶胶与多包层光纤的端面或者侧面粘结。
2.根据权利要求1所述的一种高功率光纤耦合器，其特征在于，所述泵浦光纤是多根多模光纤去掉涂覆层后利用二氧化硅气溶胶粘成的光纤束，所述光纤束的端面与多包层光纤的端面粘结。
3.根据权利要求1所述的一种高功率光纤耦合器，其特征在于，所述泵浦光纤是一根或多根多模光纤，上述多模光纤的一端拉成锥状细丝，所述锥状细丝端面与多包层光纤的侧面的外包层粘结。
4.根据权利要求1所述的一种高功率光纤耦合器，其特征在于，所述泵浦光纤是一根或多根多模光纤，其中光纤一端的一侧包层被磨除，上述磨除部位与多包层光纤的侧面的外包层粘结。
5.根据权利要求1所述的一种高功率光纤耦合器，其特征在于，还包括锥形光管，所述锥形光管由二氧化硅气溶胶环绕在多包层光纤的外包层上形成，所述泵浦光纤是一根或多根的多模光纤，其端面与锥形光管和多包层光纤共同的端面粘结，或仅与锥形光管的端面粘结。
6.一种高功率光纤耦合器的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）泵浦光纤和多包层光纤耦合的区域去掉涂覆层；
（2）泵浦光纤和多包层光纤耦合的区域利用二氧化硅气溶胶粘结；
（3）对泵浦光纤和多包层光纤的连接处高温处理，使得两段光纤粘接在一起，并对双包层光纤的输出光功率进行监测，当输出光功率达到最大时保持位置固化。
7.根据权利要求6所述的一种高功率光纤耦合器的制作方法，其特征在于，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1）去掉泵浦光纤的一端的涂覆层，并将多束泵浦光纤利用二氧化硅气溶胶粘为一束泵浦光纤束；（2）上述泵浦光纤束的端面与多包层光纤的端面为耦合区域。
8.根据权利要求6所述的一种高功率光纤耦合器的制作方法，其特征在于，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1）去掉泵浦光纤的一端的涂覆层，并在高温下拉成锥状细丝；（2）上述锥状细丝的端面与多包层光纤一端的侧面为耦合区域。
9.根据权利要求6所述的一种高功率光纤耦合器的制作方法，其特征在于，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1）去掉泵浦光纤的一端的一侧涂覆层，并磨除一部分包层；（2）上述泵浦光纤已磨除包层的侧面与多包层光纤一端的侧面为耦合区域。
10. 根据权利要求6所述的一种高功率光纤耦合器的制作方法，其特征在于，所述泵浦光纤和多包层光纤的耦合区域的具体制作方法如下：（1) 将多包层光纤的一端涂覆层剥离，使得外包层侧面裸露，利用二氧化硅气溶胶在外包层上形成一个环绕多包层光纤的锥形光管；(2)泵浦光纤的端面与锥形光管和多包层光纤共同的大端面为耦合区域，或仅泵浦光纤的端面与锥形光管的端面为耦合区域。
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