CN103576239B

CN103576239B - 一种分步式制备光纤合束器的方法

Info

Publication number: CN103576239B
Application number: CN201310560566.5A
Authority: CN
Inventors: 范国滨; 吴娟; 马毅; 张凯; 孙殷宏; 李腾龙; 王岩山; 张卫; 关有光; 冯煜骏
Original assignee: Institute of Applied Electronics of CAEP
Current assignee: Institute of Applied Electronics of CAEP
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: CN103576239A

Abstract

本发明公开了一种分步式制备光纤合束器的方法,该方法通过用设计好的模具，将多根光纤按规则排列，然后用热缩管将光纤牢牢的固定在一起，然后用光纤拉锥机将裸露的光纤熔融拉锥，最后采用常规切割刀将光纤切割并完成其与输出光纤的熔接。采用本发明方法固定后的输入光纤束可直接采用市面上的V形槽夹具所固定，从而方便的实现了对拉锥后的输入光纤束的切割和熔接，省去了对造价昂贵的光纤合束器制备一体机的需求，极大的降低了成本，节省了人力物力。利用本发明的方法固定的输入光纤束在拉锥过程中无须对裸光纤段扭转，从而可减少泵浦光的耦合损耗。

Description

一种分步式制备光纤合束器的方法

技术领域

本发明属于光纤耦合技术领域，具体涉及一种分步式制备光纤合束器的方法。

背景技术

在光纤激光器系统中，由于光纤合束器式耦合方式具有使用方便、耦合效率高、集成度高等优点，已成为光纤激光器中应用广泛的泵浦耦合方式，因此，光纤合束器亦成为了光纤激光器中的核心器件。光纤合束器包含两种类型，一种是N×1型光纤合束器，它的输入光纤由N根泵浦光纤构成，常用于光纤激光振荡器中。另一种是（N＋1）×1型光纤合束器，它的输入光纤由N根泵浦光纤围绕一根信号光纤构成，常用于光纤激光放大器中。

目前，光纤合束器的制备方法大体上分为以下三步：1）对输入光纤（N根泵浦光纤或N根泵浦光纤和1根信号光纤）合束并拉锥；2）在合束拉锥后的锥区目标直径处进行切割；3）将切割后的锥区端面与信号光纤端面熔接。目前市面上能将上述三个步骤集成为一体的合束器制备设备数量极少且造价极其昂贵。另一种途径是分步式制备合束器，可分别利用氢氧焰型光纤拉锥机、光纤切割刀、光纤熔接机实现光纤的合束拉锥、切割和熔接，从而制成光纤合束器。但是，由于目前市面上销售的切割刀、熔接机等设备基本上只针对单根光纤的应用，在利用分布式方法制备合束器时，对多根输入光纤的固定成为必须解决的问题。由于光纤直径只有百微米量级，且一般情况下泵浦光纤数量较多（N≥3）、其排列又须紧凑规则，这导致对输入光纤的规则排列和固定成为难点，往往需要设计出技术含量很高的夹具才能实现其功能，且此类夹具与市面上只满足单根光纤需求的光纤切割刀、熔接机的集成也是较难解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一套分步式制备光纤合束器的方法；该方法解决了对多根输入光纤规则排列与固定的难题，且可直接利用市面上销售广泛的针对单根光纤应用需求的切割刀、熔接机等设备完成光纤合束器的制备。

本发明采用的技术方案为：一种分步式制备光纤合束器的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：将准备好的不少于三根、长度适宜的泵浦光纤，用光纤涂敷层剥离器将各泵浦光纤中的一小段长度基本相等的涂敷层剥除，使其成为一段裸光纤段，并用无水酒精将其擦拭干净；

步骤二：将准备好的泵浦光纤依次穿过模具上对应的通孔，直到大部分裸光纤段露出在模具的通孔外，然后再次用无水酒精对裸光纤段进行清洁；

步骤三：将穿过模具的所有泵浦光纤套上一段热缩管，将热缩管加热使其迅速缩小并牢牢固定住已通过模具排列规则的裸光纤段；然后再在泵浦光纤上套上一段热缩管，将其加热使其迅速缩小并包裹住排列规则的裸光纤段的另一端，两段热缩管的初始间距为1mm~4mm，然后移动热缩管并最终使其固定在裸光纤段的两端，最后再次对热缩管进行加热使其位置固定；

步骤四：沿着泵浦光纤移动模具，将模具从光纤束上取下来，用两段极细的金属丝分别对裸光纤段的两端含涂敷层的光纤束进行缠绕捆绑，从而形成外形上类似一整根光纤的形态；

步骤五：将固定好的光纤束置于氢氧焰型光纤拉锥机的V型槽上固定，并保证裸光纤段位于氢氧焰火头的中心位置，用氢氧火焰对裸光纤段来回扫描以使得各裸光纤段彼此稍稍熔接，然后利用氢氧焰型光纤拉锥机的功能完成对光纤束的拉锥；

步骤六：将完成拉锥的光纤束从拉锥机上取下，置于光纤切割刀的V型槽夹具上并固定，并保证切割位置处于锥区的目标直径处，然后利用光纤切割刀完成对光纤锥区目标直径的切割；

步骤七：将热缩管从裸光纤段上向锥区的方向移动并取下，将带有锥区的输入光纤束与输出光纤分别置于光纤熔接机的相应V型槽夹具内，并利用光纤熔接机的功能完成其熔接。

在上述技术方案中，在步骤一中所述光纤涂敷层剥离器中剥离工具可以为化学试剂，所述化学试剂为二氯甲烷。

在上述技术方案中，裸光纤段为3cm～5cm，所述模具的通孔深度约2cm～4cm。

在上述技术方案中，在步骤二中所述1mm～2mm的裸光纤段处于模具的通孔中。

在上述技术方案中，所述步骤三中的热缩管为铁氟龙热缩管，所述铁氟龙热缩管为聚四氟乙烯材质，铁氟龙热缩管收缩比一般为2～4，长度为1.5mm～3mm。

在上述技术方案中，所述步骤三中一侧热缩管的最终固定位置与裸光纤段在这一侧的端点的距离为2mm~4mm；

在上述技术方案中，所述步骤五中的氢氧火焰的扫描时间不低于200s，扫描速度不大于1mm/s。

在本方案中，泵浦光纤为N根或N+1根，其中N+1根为N根泵浦光纤加一根信号光纤，N是大于3，每根光纤的长度基本保持相等，将每根光纤中的一段长度相等的光纤涂敷层剥除，使其成为一段裸光纤段，裸光纤段的长度宜为3cm～5cm，且裸光纤段距离每根光纤的端部约为5cm～7cm。

在本方案中，需要采用聚束用的模具，模具为金属的，可以为黄铜、不锈钢等。模具为圆柱形，长度约2cm～4cm，直径宜为3mm～5mm，模具表面上沿中心位置均匀分布着通孔，通孔的排列方式与待制的光纤合束器中输入光纤的排列方式一致，通孔的尺寸稍大于相应输入光纤的外径(含涂敷层)。将光纤按照排列方式依次穿过模具上的通孔，并使裸光纤段的大部分处于模具通孔外，保留1mm~2mm的裸光纤段仍处于金属模具的通孔中的目的是为了在之后进行加热热缩管的操作时避免对光纤涂敷层的加热而致使其老化。

在本方案中，需要采用铁氟龙热缩管，铁氟龙热缩管是一种聚四氟乙烯材质的热缩管，它具有耐高温、收缩比较大、易移除等优点，可用于裸光纤段的紧缚和固定。将铁氟龙热缩管套在光纤上的靠近模具的位置端，用热风枪对热缩管加热使其收缩，收缩后的热缩管将裸光纤段紧密排列成预期的结构。再取同样一段铁氟龙热缩管套在光纤上，位置距离之前的热缩管大约1mm～4mm，用热风枪对第二段热缩管加热，使其迅速缩小并包裹住输入光纤的裸光纤段。用无尘棉纸隔离手指与热缩管，分别将两段热缩管在裸光纤段上移动并最终使其固定在裸光纤段的两端，可对热缩管进行多次往返移动以保证输入光纤束的裸光纤段在两段热缩管之间排列均匀一致，没有错位和扭曲的现象。然后再次用热风枪分别对两段热缩管加热，使其位置更加固定。

在本方案中，为了将取下模具后的光纤聚束，采用极细的金属丝分别对裸光纤段的两端含涂敷层的光纤束进行缠绕捆绑，从而形成外形上类似一整根光纤的形态，金属丝的直径为20μm～50μm，在缠绕过程中，裸光纤段保持不变、不被缠绕，被金属丝缠绕的光纤束长度为4cm～6cm即可。将金属丝尽量致密的缠绕在光纤束上，且可来回进行多次缠绕，但注意缠绕时不可力量过大以致金属丝断裂，金属丝缠绕的方式和次数应一致，防止在后续操作中光纤束两端的高度不一致。

在本方案中，用于固定并拉锥的V型槽夹具采用通用的结构，需要V型槽的尺寸与用金属丝捆绑后的光纤束的直径匹配，从而起到有效固定的作用。

在本方案中，用光纤拉锥机上的氢氧火焰对裸光纤段来回扫描以使得各裸光纤段彼此稍稍熔接，这样可保证拉锥时各输入光纤的裸光纤段不会因为拉锥而分离，从而有利于形成一个完整且牢固的锥区。将完成拉锥的输入光纤束从拉锥机上取下，置于光纤切割刀的V型槽夹具上并固定，并保证切割位置处于锥区的目标直径处，然后利用光纤切割刀完成对光纤锥区目标直径的切割；将切割后得到的带有锥区的输入光纤束与输出光纤分别置于光纤熔接机的相应V型槽内，并利用光纤熔接机的功能完成其熔接。

本发明的优点在于：本发明提供了一套分步式制备光纤合束器的方法，从而省去了对数量极少且价格高昂的光纤合束器制备一体机的需求。本发明利用金属模具、铁氟龙热缩管、极细金属丝等市场上可加工的物件或常见的产品实现了对输入光纤的规则排列和固定，用简单的方法实现了传统方法中需要很高科技含量的光纤束固定夹具才能实现的功能，节省了经费，降低了成本。利用本发明的方法固定后的输入光纤束在拉锥过程中无须对裸光纤段扭转，从而可减少泵浦光的耦合损耗。利用本发明的方法固定后的输入光纤束在外形上类似于一整根光纤的形态，这样的形态可直接被市面上广泛针对单根光纤需求的切割刀、熔接机等设备的固定夹具——V形槽所固定，从而方便的实现了对拉锥后的输入光纤束的切割和熔接，节省了人力物力。此外，本发明中的合束方法对输入光纤束的排列方式具有较好的拓展性，可制备多种结构的光纤合束器，如可对3×1型、4×1型、7×1型、(6＋1)×1型、(8＋1)×1型等光纤合束器的输入光纤进行规则排列和固定。以上所述优点使得本发明有别于其他合束器制备方法，充分说明了本发明的合束器制备方法的独特性与优异性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1 是剥去涂敷层的泵浦光纤中的裸光纤段的尺寸和位置；

图2 是用金属模具和铁氟龙热缩管对泵浦光纤合束并固定的示意图；

图3 是一种7×1型光纤合束器的金属模具的端面结构；

图4 是用极细金属丝对输入光纤束进行捆绑固定的示意图；

图5 是一种(6+1)×1型光纤合束器的金属模具的端面结构。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1：制备7×1型光纤合束器

首先，准备7根规格相同的泵浦光纤20(如数值孔径为0.22，纤芯直径为200μm，包层直径为220μm，涂敷层外径为320μm的多模光纤)，将每根泵浦光纤20中的一小段涂敷层21剥去使其成为裸光纤段22，如图1所示。裸光纤段22的长度L₁约为3cm～5cm，裸光纤段22的右端与光纤的右端23的距离L₂约5cm～7cm。用无水乙醇将裸光纤段22擦拭干净。

然后，将7根泵浦光纤20的一端23分别插入金属模具24的任一通孔25中，并使得裸光纤段22的大部分露出通孔25，约1mm～2mm的裸光纤段22仍处于通孔25中。将7根泵浦光纤20全部套入第一个铁氟龙热缩管28中，并用热风枪将热缩管28固定在靠近金属模具24的位置，然后将7根泵浦光纤20全部套入第二个铁氟龙热缩管29中，并用热风枪将热缩管29固定在第一个热缩管28的右端并靠近它的位置，然后将第二个热缩管29向远离第一个热缩管28的方向移动，并移至接近裸光纤段22的右端，如图2所示，可对二个热缩管28、29进行多次往返移动以保证7根裸光纤段22排列的均匀性。将7根裸光纤段22固定好后，再次用热风枪对热缩管28、29加热以加固，然后将金属模具24从泵浦光纤20上取下来。其中，金属模具24的端面示意图如图3所示。金属模具24的外形为圆柱形，其直径D₁为3mm～5mm，通孔25的直径D₂较含涂敷层的泵浦光纤直径稍大（如对于涂敷层直径为320μm的泵浦光纤，D₂可为330μm～360μm）。中心通孔的圆心26与周围任一通孔的圆心27的距离D₃大于或等于通孔25的直径，但不可过大，以免光纤折断。

再次，用两段极细不锈钢金属丝31分别对裸光纤段22的两端含涂敷层的光纤束30进行缠绕捆绑，从而形成外形上类似一整根光纤的形态32。如图4所示。然后将捆绑固定好的输入光纤束32置于光纤拉锥机的V型槽夹具中，并用氢氧火焰在合束后的裸光纤段上来回扫描，扫描速度不大于1mm/s，扫描时间不少于200s。完成扫描后，利用拉锥机对合束后的裸光纤段进行拉锥。将完成拉锥的输入光纤束32从拉锥机上取下，置于光纤切割刀的V型槽夹具上并固定，并在光纤锥区的目标直径处进行切割，然后将第一个铁氟龙热缩管28从裸光纤段上取下。

最后，将切割得到的带有锥区的输入光纤束与输出光纤分别置于光纤熔接机的相应V型槽夹具内，并利用光纤熔接机的功能完成其熔接，此即完成了对7×1型光纤合束器的制备。

实施例2：制备(6+1)×1型光纤合束器

(6+1)×1型光纤合束器包含6根泵浦光纤(如数值孔径为0.22，纤芯直径为200μm，包层直径为220μm，涂敷层外径为320μm的多模光纤)和1根信号光纤（如内包层数值孔径为0.46，直径为400μm，外包层直径为540μm的双包层光纤）。本实施例与实施例1的操作基本相同，不同之处在于用于固定输入光纤束的金属模具的结构。

图5为一种(6+1)×1型光纤合束器的金属模具33的端面结构。金属模具33的外形为圆柱形，其直径D₄为3mm～5mm，金属模具33的中心为用于固定信号光纤的通孔35，其直径D₅稍大于信号光纤的外包层直径（如对于外包层直径为540μm的双包层光纤，D₅可为550μm～580μm ）。用于固定泵浦光纤的6个通孔34均匀的围绕通孔35，通孔34的直径D₆较含涂敷层的泵浦光纤直径稍大（如对于涂敷层直径为320μm的泵浦光纤，D₆可为330μm～360μm）。中心通孔35的圆心36与周围任一通孔34的圆心37的距离D₇大于或等于中心通孔35的半径与通孔34的半径之和，但不可过大，以免光纤折断。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种分步式制备光纤合束器的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤三：将穿过模具的所有泵浦光纤套上一段热缩管，将热缩管加热使其迅速缩小并牢牢固定住已利用模具排列规则的裸光纤段；然后再在泵浦光纤上套上一段热缩管，将其加热使其迅速缩小并包裹住排列规则的裸光纤段的另一端，两段热缩管的初始间距为1mm~4mm，然后移动热缩管并最终使其固定在裸光纤段的两端，最后再次对热缩管进行加热使其位置固定；

2.根据权利要求1所述的一种分步式制备光纤合束器的方法，其特征为在步骤一中所述光纤涂敷层剥离器中剥离工具可以为化学试剂，所述化学试剂为二氯甲烷。

3.根据权利要求1所述的一种分步式制备光纤合束器的方法，其特征为所述裸光纤段为3cm～5cm，所述模具的通孔深度约2cm～4cm。

4.根据权利要求1所述的一种分步式制备光纤合束器的方法，其特征为所述步骤二中1mm～2mm的裸光纤段处于模具的通孔中。

5.根据权利要求1所述的一种分步式制备光纤合束器的方法，其特征为所述步骤三中的热缩管为铁氟龙热缩管，所述铁氟龙热缩管为聚四氟乙烯材质，铁氟龙热缩管收缩比一般为2～4，长度为1.5mm～3mm。

6.根据权利要求1所述的一种分步式制备光纤合束器的方法，其特征为所述步骤三中一侧热缩管的最终固定位置与裸光纤段在这一侧的端点的距离为2mm～4mm。

7.根据权利要求1所述的一种分步式制备光纤合束器的方法，其特征为所述步骤五中的氢氧火焰的扫描时间不低于200s，扫描速度不大于1mm/s。