CN103901538A - 一种n×1高功率光纤激光合束器制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法，首先将N根单芯光纤放入一段含氟二氧化硅套管中，并用两根以上玻璃管填充所述单芯光纤与所述含氟二氧化硅套管之间的空隙，制成多芯光纤，然后将所述多芯光纤一端进行熔融拉锥，另一端用氢氟酸将所述含氟二氧化硅套管及所述玻璃管腐蚀掉。该N×1高功率光纤激光合束器制作方法的制作工艺简单，并且具有良好的精确性和可重复性，并能适用于多根高功率保偏光纤激光器的相干合束。

Description

一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，特别是一种高功率光纤激光合束器制作方法。

背景技术

随着光纤激光器的发展，对光纤激光器的输出功率和输出光束质量的要求越来越高，但受限于光纤自身的损伤阈值及光纤传输过程中的热效应和非线性效应，单根光纤输出的最高功率和光束质量均已接近理论极限值。为进一步提高光纤激光器的输出功率，就需要使用高功率光纤激光合束器。高功率光纤激光合束器的输入端可以是多个高光束质量、高输出功率的光纤激光器，经过非相干合束或是相干合束后，组束成单根光纤输出。

目前，国内外制作高功率光纤激光合束器的方法主要是将多根光纤激光器的输出尾纤捆绑成一束后，外层用一个薄的玻璃套管套上，然后利用氢氧焰加热或电极放电的方式对玻璃套管进行高温加热，使多根独立的光纤激光器输出尾纤熔融成一体后拉伸锥变到指定的直径。现有光纤激光合束器制作方法中有的采用的是制作一个具有多个柱形孔的光纤套管，然后将多根独立泵浦光纤分别对准光纤套管中相应的柱形孔后插入孔中，形成光纤激光器的泵浦光的合束器。上述已有的制作高功率光纤合束器的方法存在的主要不足是：多根光纤的捆绑或是对准后插入多个柱形孔，在工艺上操作起来所要求的精确度和可重复性都不理想，而且随着输入光纤数目的增加和直径的减小，工艺难度会进一步加大；当需要制作保偏光纤激光器的合束器时，要求将多根保偏光纤的偏振轴同时对准后再进行熔融拉锥，采用已有的制作方法，很难实现这一要求；当输入的光纤激光器具备同一偏振态，同相位条件，需要经过高功率光纤激光合束器进行相干合束时，就要求各个纤芯之间的间距缩小以获得较大的占空比，因此就需要输入光纤的直径在几十微米量级，采用已有的制作方法，很难实现如此小直径的光纤的捆绑合束或是将其对准后插入柱形孔中。

因此，找出一种能解决上述不足的高功率激光合束器的制作方法成为本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法，该高功率光纤激光合束器制作方法的制作工艺简单，并且具有良好的精确性和可重复性，并能适用于多根高功率保偏光纤激光器的相干合束。

为实现上述目的，本发明提供一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法，包括如下步骤：

A.将N根单芯光纤放入一段含氟二氧化硅套管中，并用两根以上玻璃管填充所述单芯光纤与所述含氟二氧化硅套管之间的空隙，制成多芯光纤，所述单芯光纤之间均有所述玻璃管间隔；

B.将所述多芯光纤一端进行熔融拉锥，另一端用氢氟酸将所述含氟二氧化硅套管及所述玻璃管腐蚀掉。

优选的，所述单芯光纤为单模光纤、多模光纤、大模场直径光纤、保偏光纤、光子晶体光纤或异性光纤中的一种。

优选的，所述单芯光纤在所述含氟二氧化硅套管中均匀分布。

利用本发明提供的N×1高功率光纤激光合束器制作方法制作高功率光纤激光合束器，无需将多根输入光纤激光器的尾纤进行捆绑合束处理或是精确对准插孔，也无需进行保偏光纤的偏振轴同时对准，多根高功率光纤激光器的尾纤的直径以及合束后各个纤芯之间的距离也可以进行灵活的设计和制作，制作工艺简单，且具有良好的精确性和可重复性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式一7×1高功率保偏光纤激光合束器制作方法中制出的多芯光纤径向截面图；

图2为对图1中多芯光纤的一端进行二氧化硅腐蚀示意图；

图3为经过图2所示的二氧化硅腐蚀后的效果示意图；

图4为经过二氧化硅腐蚀后的多芯光纤进行熔融拉锥的示意图；

图5为具体实施方式二制成的高功率光纤激光合束器侧视图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法，该种N×1高功率光纤激光合束器制作方法工艺简单，且具有良好的精确性和可重复性。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明所提供的N×1高功率光纤激光合束器制作方法中，首先是制作一段多芯光纤。本文所述多芯光纤的制作过程如下：首先将N根单芯光纤置入一段含氟二氧化硅套管中，然后将玻璃管插入上述二氧化硅套管中，以便于将所述单芯光纤分离开，同时也起到挤固单芯光纤的作用，因此，玻璃管的数量肯定不止一根，同时为了能挤固上述单芯光纤，所用玻璃管的直径也可能有区别，填充在含氟二氧化硅套管内的玻璃管使上述N根单芯光纤之间均有玻璃管间隔，玻璃管可以是二氧化硅玻璃管，或者含二氧化硅的其他玻璃。可以通过设计上述含氟二氧化硅管的直径以及玻璃管的直径控制制作完成的高功率光纤激光合束器的熔融拉锥后形成的尾纤直径及合束后各个单芯光纤之间的间距。本文所述单芯光纤可以是单模光纤、多模光纤、大模场直径光纤、保偏光纤、光子晶体光纤或异性光纤中的一种，或者其他可以制作光纤激光合束器的单芯光纤。本文所述含氟二氧化硅套管，可以包裹固定上述单芯光纤，同时适宜将要进行的熔融拉锥工作。

在制作完成上述多芯光纤之后，将所述多芯光纤的一端进行熔融拉锥，使多芯光纤中的玻璃管的空心部分熔融塌陷，直至所述多芯光纤的熔融拉锥一端可作为高功率光纤激光合束器的输出端的直径，熔融拉锥工作可使用氢氧焰加热拉锥、石墨加热拉锥、电极放电拉锥或激光加工拉锥等方法进行，熔融拉锥之后，原先填充在含氟二氧化硅套管内的玻璃管的壁厚可达到1um以下。多芯光纤的一端熔融拉锥到合适的直径后，即可作为制成的N×1高功率光纤激光合束器的输出端。

相应的，对所述多芯光纤的另一端进行二氧化硅腐蚀，即采用可将二氧化硅腐蚀掉的化学试剂进行腐蚀。腐蚀过程中可将端部的含氟二氧化硅套管及玻璃管腐蚀掉，脱离了束缚的单芯光纤将会呈现出树形散开状，散开后的单芯光纤作为高功率光纤激光合束器的输入端。进行二氧化硅腐蚀的化学试剂可以是氢氟酸，也可以是其他可以腐蚀二氧化硅的化学试剂。

请参考图1至图4，图1至图4是本发明一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法的具体实施方式一：7×1高功率保偏光纤激光合束器的制作过程示意图。

图1是制作完成的多芯光纤4的径向截面图，此多芯光纤4包括含氟二氧化硅套管2及套装在其中的七根单芯光纤1，本实施方式采用的单芯光纤为单包层保偏光纤1，七根保偏光纤1在含氟二氧化硅套管2中均匀分布，其间填充有不同直径的玻璃管3，玻璃管3将1七根保偏光纤挤1固在含氟二氧化硅套管2中。图2及图3为对多芯光纤4的一端进行二氧化硅腐蚀示意图，所用腐蚀试剂为氢氟酸5，腐蚀后的多芯光纤如图3所示。图4为多芯光纤4的熔融拉锥示意图。

本发明提供的N×1高功率光纤激光合束器制作方法的具体实施方式二为19×1高功率保偏光纤激光合束器的制作方法。多芯光纤4同样包括含氟二氧化硅套管2及套装在其中的十九根单包层保偏光纤1，十九根保偏光纤1在含氟二氧化硅套管2中均匀分布，其间填充有不同直径的玻璃管3，玻璃管3将十九根保偏光纤1挤固在含氟二氧化硅套管2中。十九根散开成树状的单芯光纤作为高功率保偏光纤的输入端，进行熔融拉锥的一端作为高功率保偏光纤的输出端。以上对本发明所提供的的N×1高功率光纤激光合束器制作方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.将N根单芯光纤(1)放入一段含氟二氧化硅套管(2)中，并用两根以上玻璃管(3)填充所述单芯光纤(1)与所述含氟二氧化硅套管之间的空隙，制成多芯光纤(4)；

B.将所述多芯光纤(4)一端进行熔融拉锥，另一端用氢氟酸将所述含氟二氧化硅套管及所述玻璃管腐蚀掉。

2.根据权利要求1所述的一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法，其特征在于，所述单芯光纤(1)为单模光纤、多模光纤、大模场直径光纤、保偏光纤、光子晶体光纤或异性光纤中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种N×1高功率光纤激光合束器制作方法，其特征在于，所述单芯光纤(1)在所述含氟二氧化硅套管(2)中均匀分布。

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