CN105785523A - 一种泵浦信号耦合器及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种泵浦信号耦合器及其工艺方法，其中泵浦信号耦合器包括信号输出光纤、泵浦传输桥、基座、泵浦输入光纤及信号输入光纤，其中信号输入光纤穿插在泵浦传输桥内并熔融塌陷区，从塌陷区切断泵浦传输桥并与信号输出光纤熔接，多根泵浦输入光纤固于基座内并经磨抛后表面镀膜，泵浦传输桥一端镀膜并与多根泵浦输入光纤耦合，藉由前述构造，解决了泵浦信号耦合器单模、快速剥除包层光与反馈光且便于批量生产的技术问题，达成了损耗小、工艺重复性好，以及批量生产中提升产品良率的效果。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光耦合器技术领域，尤指提供一种泵浦信号耦合器及其工艺方法。
背景技术
光纤激光器有着光束质量优、转换效率高、全光路结构、维护方便等优点，目前被广泛运用于很多工业领域，诸如:材料切割、钻孔、焊接、打标等。目前高功率光纤激光器，常用的方案是运用光纤布拉格光栅FBG，加上Pump半导体激光以及一些基于熔融拉锥工艺的无源器件构成整个光路系统。基于LMA(大模场直径)的光纤，能够减小单位面积光密度和降低光非线性效应，其广泛应用于光纤激光器光路系统。由于LMA光纤支持高阶模，并且为了保证光束质量，一般其光纤纤芯NA比较小，所以此光纤对弯曲、宁绕非常敏感，在用此类光纤制作无源器件(光纤耦合器、模式匹配器、ENDCAP等器件)的时候，不仅要保证能量损耗要小，而且必须保证光束质量尽可能不发生变化。基于熔融拉锥工艺的无源器件，光纤需要拨出涂覆层，使得光纤或者光纤束在热源加热后，熔融拉锥，锥区的好坏决定了器件的性能，然而在实际制作过程中，由于受到拉伸平台稳定性、热源稳定性等影响，锥区在实际制作过程中存在一些问题，使得光纤在熔接时存在一些损耗，一般泵浦损耗在2％-10％左右，信号损耗在5％-15％，对于KW级别的高功率器件，损耗意味着对整个器件、整个系统的热稳定性存在考验，并且整个光路系统的效率降低，这要使得必须使用更高功率的PUMP才能达到需要的单模功率，这就增加了系统的成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种泵浦信号耦合器。
为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供一种泵浦信号耦合器，包括信号输出光纤、泵浦传输桥、基座、泵浦输入光纤及信号输入光纤，其中：信号输入光纤穿插在泵浦传输桥内并熔融塌陷区，从塌陷区切断泵浦传输桥并与信号输出光纤熔接，多根泵浦输入光纤固于基座内并经磨抛后表面镀膜，泵浦传输桥一端镀膜并与多根泵浦输入光纤耦合。
在本实施例中优选：信号输出光纤采用20-400光纤，其中纤芯与包层比例为1:20；泵浦传输桥选用内径为375um，外径为1200um的石英管；信号输入光纤采用20-125光纤。
在本实施例中优选：基座内壁磨抛成锥面。
在本实施例中优选：泵浦传输桥采用熔融石英材料或BK7导光材料并具有经过精密研磨、抛光的外壁、中心空心、内壁及端面，在泵浦传输桥一端面镀有AR膜；
在本实施例中优选：信号输出光纤与泵浦传输桥对光熔接；基座采用金属、陶瓷高导热率材料或熔融石英、BK7导光材料，并通过化学腐蚀、光学冷加工，使得基座表面形成慢反射层。
为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种泵浦信号耦合器的工艺方法。
为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供一种泵浦信号耦合器的工艺方法，其中：工艺方法包括：
第一，将泵浦传输桥一端研磨、抛光，依序镀上915nm+/-30nmAR膜、1070nm+/-20nm截止膜后，放置于VytranGPX3400进行拉锥；
第二，将信号输入光纤穿插于拉锥后的泵浦传输桥内再次拉锥，使得泵浦传输桥外径从416um拉锥至400um，在再次拉锥后的平坦区切断并保证切断面切割角度小于0.5°；
第三，先将泵浦传输桥切断面与信号输出光纤对光熔接，再将泵浦输入光纤通过环氧树脂固于基座内，将基座连同泵浦输入光纤一起研磨、抛光，镀上915nm+/-30nmAR膜后贴近泵浦传输桥的镀膜面设置，并且保证多根泵浦输入光纤与泵浦传输桥端面对准。
在本实施例中优选：基座为石英材料，内壁磨抛成45度锥面。
在本实施例中优选：泵浦传输桥采用熔融石英材料或BK7导光材料成型，并包括外壁、中心空心、内壁及端面，外壁、中心空心、内壁及端面经研磨、抛光后在与信号输出光纤相熔接的端面镀有AR膜。
在本实施例中优选：基座包括采用金属、陶瓷高导热率材料，并通过化学腐蚀、光学冷加工，使得基座表面形成反射层。
本发明与现有技术相比，其有益的效果是：泵浦信号耦合器不仅单模、泵浦损耗小，而且可以快速剥除包层光与反馈光，并且该工艺重复性好，良率高，便于形成批量、大规模生产。
附图说明
图1是本实施例结构轴向示意图。
图2是泵浦传输桥的结构示意图。
图3是信号输入光纤与泵浦传输桥熔接结构示意图。
图4是信号输出光纤与图3熔接结构示意图。
图5是基座结构示意图。
图6是泵浦光纤与基座结合结构示意图。
图7是反馈光通过基座传播光路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
请参阅图1所示，是本发明提供的一种泵浦信号耦合器结构轴向图，图中包括信号输出光纤1、泵浦传输桥2、基座3、泵浦输入光纤4及信号输入光纤5，其中：信号输入光纤5穿插在泵浦传输桥2内，并熔融塌陷；从塌陷区切断泵浦传输桥3并与信号输出光纤1熔接；多根泵浦输入光纤4固于基座3内，磨抛后表面镀膜；泵浦传输桥2一端镀膜，并与多根泵浦输入光纤4耦合。基于本发明的泵浦信号耦合器，较传统工艺相比，同时使用熔融法与空间耦合法，其制作结构简单，泵浦耦合效率高，信号插入损耗小，能够满足高功率、高效率、高光束质量光纤激光器制作、使用要求。
在本实施例中，信号输出光纤1采用20-400光纤，其纤芯、包层比例为1:20；泵浦传输桥2选用内径为375um，外径为1200um的石英管，同时采用20-125光纤作为信号输入光纤5。
请结合参阅图2至图7，泵浦信号耦合器结构的实施方式是：先把泵浦传输桥2的一端进行研磨、抛光，镀上915nm+/-30nmAR膜，为了减少信号光反馈对于泵浦源的影响，同时在该端面上镀有1070nm+/-20nm截止膜。泵浦传输桥2经镀膜后放置于VytranGPX3400进行拉锥，使之内径为130um左右，外径为416um，整个锥区长10mm(如图2)；再把信号输入光纤5穿插于拉锥后的泵浦传输桥2内再进行拉锥，使得泵浦传输桥2外径从416um，拉锥至400um左右。在二次拉锥后的平坦区将泵浦传输桥2切断，保证端面切割角度小于0.5°(如图3)；接着把切断后的泵浦传输桥2与信号输出光纤1对光熔接，保证信号损耗在0.1dB以内(如图4)。再把3根300-330的泵浦输入光纤4通过环氧树脂一一固定于基座3(如图5)内，使之形成光纤束，在此把基座3端面连同泵浦输入光纤4一起研磨、抛光，然后镀上915nm+/-30nmAR膜(如图6)；最后把上述2个镀膜后的光纤束(如图5)扣合成圆柱体(如图7)并贴近泵浦传输桥2的镀膜面设置，其距离在10um以内，以上操作在显微镜下操作，并且保证6根300-330光纤与泵浦传输桥2端面对准后通过测试，保证输出光纤耦合效率在98.5％以上。
在本实施例中，请见图7，反馈光进入泵浦传输桥2后，传入基座3尾部，由于基座3材料为石英材料，内壁磨抛成45度锥面，反馈光进入锥面后，形成全反射，从基座表面投射出去，没有冗余热量在器件积聚。经测试该器件，插入损耗在0.08dB,耦合效率大于99％。同时该器件能够承受100w的泵浦包层光，以及200w反馈光。信号光隔离度大于30dB。
在本实施例中，泵浦传输桥2采用熔融石英材料、BK7导光材料，并具有经过精密研磨、抛光的外壁、中心空心、内壁及端面，在泵浦传输桥一端面镀有AR膜；信号输出光纤1与切断后的泵浦传输桥2对光熔接；基座3采用金属、陶瓷高导热率材料或熔融石英、BK7导光材料，通过化学腐蚀、光学冷加工，使得基座3表面形成慢反射层，使得包层光、反馈光，快速传播出去；通过光学冷加工，使得基座一端呈锥形，使得反馈光在锥形表面折射出去。
Claims (9)
1.一种泵浦信号耦合器，包括信号输出光纤、泵浦传输桥、基座、泵浦输入光纤及信号输入光纤，其特征在于：信号输入光纤穿插在泵浦传输桥内并熔融塌陷区，从塌陷区切断泵浦传输桥并与信号输出光纤熔接，多根泵浦输入光纤固于基座内并经磨抛后表面镀膜，泵浦传输桥一端镀膜并与多根泵浦输入光纤耦合。
2.如权利要求1所述的泵浦信号耦合器，其特征在于：信号输出光纤采用20-400光纤，其中纤芯与包层比例为1:20；泵浦传输桥选用内径为375um，外径为1200um的石英管；信号输入光纤采用20-125光纤。
3.如权利要求2所述的泵浦信号耦合器，其特征在于：基座内壁磨抛成锥面。
4.如权利要求3所述的泵浦信号耦合器，其特征在于：泵浦传输桥采用熔融石英材料或BK7导光材料并具有经过精密研磨、抛光的外壁、中心空心、内壁及端面，在泵浦传输桥一端面镀有AR膜。
5.如权利要求4所述的泵浦信号耦合器，其特征在于：信号输出光纤与泵浦传输桥对光熔接；基座采用金属、陶瓷高导热率材料或熔融石英、BK7导光材料，并通过化学腐蚀、光学冷加工，使得基座表面形成慢反射层。
6.一种如权利要求1所述的泵浦信号耦合器的工艺方法，其特征在于：工艺方法包括：
第一，将泵浦传输桥一端研磨、抛光，依序镀上915nm+/-30nmAR膜、1070nm+/-20nm截止膜后，放置于VytranGPX3400进行拉锥；
第二，将信号输入光纤穿插于拉锥后的泵浦传输桥内再次拉锥，使得泵浦传输桥外径从416um拉锥至400um，在再次拉锥后的平坦区切断并保证切断面切割角度小于0.5°；
第三，先将泵浦传输桥切断面与信号输出光纤对光熔接，再将泵浦输入光纤通过环氧树脂固于基座内，将基座连同泵浦输入光纤一起研磨、抛光，镀上915nm+/-30nmAR膜后贴近泵浦传输桥的镀膜面设置，并且保证多根泵浦输入光纤与泵浦传输桥端面对准。
7.如权利要求6所述的泵浦信号耦合器的工艺方法，其特征在于：基座为石英材料，内壁磨抛成45度锥面。
8.如权利要求7所述的泵浦信号耦合器的工艺方法，其特征在于：泵浦传输桥采用熔融石英材料或BK7导光材料成型，并包括外壁、中心空心、内壁及端面，外壁、中心空心、内壁及端面经研磨、抛光后在与信号输出光纤相熔接的端面镀有AR膜。
9.如权利要求8所述的泵浦信号耦合器的工艺方法，其特征在于：基座包括采用金属、陶瓷高导热率材料，并通过化学腐蚀、光学冷加工，使得基座表面形成反射层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20210309 Address after: 214000 Yanxin Road 578-1, Huishan Economic Development Zone, Wuxi City, Jiangsu Province Patentee after: Wuxi Ruike Fiber Laser Technology Co.,Ltd. Address before: 430074 999 new high road, East Lake Development Zone, Wuhan, Hubei Patentee before: WUHAN RAYCUS FIBER LASER TECHNOLOGIES Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180831 |