CN105576485B - 光纤激光器及其高功率泵浦合束器 - Google Patents

光纤激光器及其高功率泵浦合束器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高功率泵浦合束器，包括：玻璃管，为中空结构；输入光纤，穿设于所述玻璃管内，所述玻璃管及所述输入光纤的一端经熔融拉锥形成一束结构的拉锥段；及，输出光纤，与所述拉锥段相连接，所述输出光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层，所述拉锥段的直径小于所述纤芯的直径。同时还提供一种使用该高功率泵浦合束器的光纤激光器。上述光纤激光器及其高功率泵浦合束器，其输入光纤与玻璃管的一端经过拉锥后形成拉锥段，使得输入光纤的数值孔径值小于等于输出光纤的数值孔径值，有效的保证了耦合效率，提高了通光效率。

Description

光纤激光器及其高功率泵浦合束器
技术领域
本发明涉及激光技术，特别是涉及光纤激光器及其高功率泵浦合束器。
背景技术
光纤激光器由于光束质量好，转换效率高等优点受到国内、外业者的青睐，成为激光行业的最热门研究热点之一。
在光纤激光器中，请参阅图1，光纤激光器100包括泵浦源110、泵浦合束器120、全反射镜130、增益光纤140、部分反射镜150。泵浦合束器120是实现高功率的光纤激光器100的关键器件。泵浦合束器120用于将多个泵浦源110传输激光的输出耦合到一根光纤输出，以提高输出功率。
由于泵浦源110的限制，传统的泵浦合束器120每分支限制于25W～35W之间，因为泵浦合束器120的通光效率仅有90％到95％，损耗部分转化为热能，而过高的功率会使其发热严重。
发明内容
基于此，提供一种通光效率较高的高功率泵浦合束器，同时还提供一种使用该高功率泵浦合束器的光纤激光器。
一种高功率泵浦合束器，包括：
玻璃管，为中空结构；
输入光纤，穿设于所述玻璃管内，所述玻璃管及所述输入光纤的一端经熔融拉锥形成一束结构的拉锥段；及
输出光纤，与所述拉锥段相连接，所述输出光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层，所述拉锥段的直径小于所述纤芯的直径。
在其中一个实施例中，所述拉锥段的一端为与所述输出光纤相连接的连接端面，所述连接端面经切割形成。
在其中一个实施例中，所述连接端面上附有高折射率的涂覆层。
在其中一个实施例中，所述涂覆层为尼龙材料层或者聚酰亚胺材料层。
在其中一个实施例中，所述拉锥段包括第一拉锥段及第二拉锥段，所述第一拉锥段由所述玻璃管及所述输入光纤的一端经熔融拉锥形成，所述第二拉锥段由所述第一拉锥段的一端经熔融拉锥形成。
在其中一个实施例中，所述第一拉锥段为锥形结构，所述第二拉锥段为直段结构。
在其中一个实施例中，所述输入光纤和/或所述输出光纤为多模光纤。
在其中一个实施例中，还包括光纤夹持块，所述光纤夹持块上设有输入槽、输出槽及连接槽，所述输入槽与所述输出槽通过所述连接槽相连通，所述玻璃管及所述输入光纤收容于所述输入槽中，所述输出光纤收容于所述输出槽中，所述拉锥段与所述输出光纤在所述连接槽中相连接。
在其中一个实施例中，所述拉锥段与所述输出光纤之间的连接方式为熔接。
一种光纤激光器，包括上述高功率泵浦合束器。
上述光纤激光器及其高功率泵浦合束器，其输入光纤与玻璃管的一端经过拉锥后形成拉锥段，使得输入光纤的数值孔径值小于等于输出光纤的数值孔径值，有效的保证了耦合效率，提高了通光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为传统的光纤激光器的结构图；
图2为本发明一实施例中的高功率泵浦合束器的侧视图；
图3为图2所示的高功率泵浦合束器中玻璃管的局部结构示意图；
图4为图2所示的高功率泵浦合束器中输出光纤的截面图；及
图5为图2所示的高功率泵浦合束器中光纤夹持块的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图2，本发明一实施例的高功率泵浦合束器200，包括玻璃管210、输入光纤230及输出光纤250。
玻璃管210为中空结构。输入光纤230穿设于玻璃管210内。输入光纤230具体可为多根。请一并参阅图3，玻璃管210及输入光纤230的一端经熔融拉锥形成一束结构的拉锥段270。拉锥工艺即将玻璃管210两端固定，使用石墨熔炉加热方式，拉动玻璃管210的一端即可拉细玻璃管210，同时使得输入光纤230也一并被拉细，并形成一束结构。石墨熔炉的横截面大致为“Ω”字形，其热量要求均匀，使得拉锥形状较为均匀。
输出光纤250与拉锥段270相连接，光经过输入光纤230输入，经合束之后，由拉锥段270传导至输出光纤250，并进行输出。
输出光纤250与拉锥段270相连接。如图4所示，输出光纤250包括纤芯252及包裹纤芯252的包层254，拉锥段270的直径小于纤芯252的直径。光由拉锥段270传导进入输出光纤250的纤芯252。
具体在本实施例中，拉锥段270的一端为与输出光纤250相连接的连接端面276。连接端面276经切割形成，以保证连接端面276的平整度。拉锥段270与输出光纤250的连接方式为熔接。
具体的，输入光纤230及输出光纤250均为多模光纤。多模光纤包括纤芯252及包层254。具体在上述高功率泵浦合束器200中，经过合束之后，在纤芯252内传播，相对于在包层254中传播更加安全，并且可以承受高功率输出。
连接端面276上还可附有高折射率的涂覆层(图未示)，光在接触到涂覆层时，因为其全反射条件不成立而使得光可全部散出，不会在光纤中传播影响激光器的模式。具体在本实施例中，涂覆层为尼龙材料层或者聚酰亚胺材料层，产品的通光效率达到98％。
对于泵浦合束器而言，耦合效率是其关键，耦合效率高即损耗低，损耗部分转化为热能，损耗低即热量可控，即可以承受高功率输入。耦合效率取决于模场直径的匹配，主要是光纤的数值孔径值以及直径大小。本发明所提供的高功率泵浦合束器200中，其输出光纤250可选用与输入光纤230束相接近的多模光纤。并且经过拉锥后，输入光纤230的数值孔径值小于等于输出光纤250的数值孔径值，有效的保证了耦合效率。
为了进一步提高耦合效率，请再次参阅图3，拉锥段270包括第一拉锥段272及第二拉锥段274，第一拉锥段272由玻璃管210及输入光纤230的一端经熔融拉锥形成，第二拉锥段274由第一拉锥段272的一端经熔融拉锥形成。
在一些实施例中，第一拉锥段272为锥形结构，其半径沿拉锥方向逐渐变细。第二拉锥段274为直段结构，其半径处处相等。可以理解，输入光纤230及玻璃管210的一端可由多次拉锥形成阶梯式结构的多个拉锥段270，而不限于上述结构。
请再次参阅图2及图5，上述高功率泵浦合束器200还包括光纤夹持块290。光纤夹持块290上设有输入槽292、输出槽294及连接槽296。输入槽292与输出槽294通过连接槽296相连通，玻璃管210及输入光纤230收容于输入槽292中，输出光纤250收容于输出槽294中，拉锥段270与输出光纤250在连接槽296中相连接。
此外，本发明还提供一种光纤激光器(图未示)，该光纤激光器包括上述高功率泵浦合束器200。
上述光纤激光器及其高功率泵浦合束器200，其输入光纤230与玻璃管210的一端经过拉锥后形成拉锥段270，使得输入光纤230的数值孔径值小于等于输出光纤250的数值孔径值，有效的保证了耦合效率，提高了通光效率。并且，其输入光纤230及玻璃管210的一端可由多次拉锥形成阶梯式结构的多个拉锥段270，进一步保证了耦合效率，提高了通光效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高功率泵浦合束器，其特征在于，包括：
玻璃管，为中空结构；
输入光纤，穿设于所述玻璃管内，所述玻璃管及所述输入光纤的一端经熔融拉锥形成一束结构的拉锥段；及
输出光纤，与所述拉锥段相连接，所述输出光纤包括纤芯及包裹所述纤芯的包层，所述拉锥段的直径小于所述纤芯的直径；
所述拉锥段包括第一拉锥段及第二拉锥段，所述第一拉锥段由所述玻璃管及所述输入光纤的一端经熔融拉锥形成，所述第二拉锥段由所述第一拉锥段的一端经熔融拉锥形成。
2.根据权利要求1所述的高功率泵浦合束器，其特征在于，所述拉锥段的一端为与所述输出光纤相连接的连接端面，所述连接端面经切割形成。
3.根据权利要求2所述的高功率泵浦合束器，其特征在于，所述连接端面上附有高折射率的涂覆层。
4.根据权利要求3所述的高功率泵浦合束器，其特征在于，所述涂覆层为尼龙材料层或者聚酰亚胺材料层。
5.根据权利要求1所述的高功率泵浦合束器，其特征在于，所述第一拉锥段为锥形结构，所述第二拉锥段为直段结构。
6.根据权利要求1所述的高功率泵浦合束器，其特征在于，所述输入光纤和/或所述输出光纤为多模光纤。
7.根据权利要求1所述的高功率泵浦合束器，其特征在于，还包括光纤夹持块，所述光纤夹持块上设有输入槽、输出槽及连接槽，所述输入槽与所述输出槽通过所述连接槽相连通，所述玻璃管及所述输入光纤收容于所述输入槽中，所述输出光纤收容于所述输出槽中，所述拉锥段与所述输出光纤在所述连接槽中相连接。
8.根据权利要求1所述的高功率泵浦合束器，其特征在于，所述拉锥段与所述输出光纤之间的连接方式为熔接。
9.一种光纤激光器，其特征在于，包括权利要求1至权利要求8任意一项所述的高功率泵浦合束器。
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