CN105891951A - 一种多芯合束器的模块化制作方法 - Google Patents

Abstract

一种多芯合束器的模块化制作方法，属于光纤激光器用的光学无源器件制作领域，其特征在于，包括下列步骤：步骤一：制作一级模块：将N根排列紧密有序的裸纤插入一级石英套管中，N根裸纤与石英套管的长度相同，然后在一级石英套管的一端或两端密封地粘上或塞上耐强酸腐蚀的密封材料，再将一级石英套管放入氢氟酸中进行腐蚀；当一级石英套管外壁腐蚀到其设定的厚度后将一级石英套管取出洗净，这样就成为一个一级模块；步骤二：按照步骤一的方法制作出多个相同的一级模块；本发明与现有制作方法相比具有以下突出优点：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；可以保证合束器制作工艺的简单性，精确性，可重复性和高度集成化。

Description

一种多芯合束器的模块化制作方法

技术领域

本发明涉及一种多芯合束器的模块化制作方法，这种方法可以用来制作单个模块，也可以集成多个模块制作多芯的光纤合束器，属于光纤激光器用的光学无源器件领域。

背景技术

随着光纤激光器的发展，一方面对光纤激光器的输出功率和输出光束质量的要求也越来越高，另一方面受限于光纤自身的损伤阈值，热效应和非线性效应，单根光纤输出的最和光束质量均已接近理论极限值。为了在保证光束质量接近衍射极限的条件下，进一步提高光纤激光器的输出功率，就需要使用合束器。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模块，经过合束器的非相干合束或是相干合束后，组束成单根光纤输出。因此，合束器是实现更高级别输出功率的光纤激光器的核心器件。

目前，国内外制作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。另外像深圳朗光申请的专利里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。

上述已有的制作合束器的方法存在的主要不足是：1.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，因此很难制作输入尾纤数量N大于19；2.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。这就需要几十根输入直径在几十微米量级的光纤。采用已有的制作方法，很难实现如此多数量的直径光纤的捆绑合束或是将其对准后插入柱形孔中；

发明内容

本发明的目的是提供一种多芯合束器的模块化制作方法，以克服上述中提到的已有多芯光纤合束器的制作技术的不足，本发明提出了一种多芯合束器的模块化制作方法，这种方法可以保证合束器制作工艺的简单性，精确性，可重复性和高度集成化。

本发明与现有制作方法相比具有以下突出优点：(1)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；(2)制作工艺的难度与输入光纤的数量和直径大小无关；(3)可以保证合束器制作工艺的简单性，精确性，可重复性和高度集成化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1、实施例1所制作的7芯的一级模块及其制作过程示意图；

图2、实施例1所制作的7芯的一级模块腐蚀前和腐蚀后的横向端面示意图；

图3、实施例1中用7个一级模块制作的二级模块横向端面示意图；

图4、实施例2中用19个7芯一级模块制成的二级模块腐蚀前和腐蚀后的横向端面示意图；

图5、为实施例1和2中使用的熔融拉锥的过程示意图。

其中，1为裸纤，2为一级石英套管，3为腐蚀前的一级模块，4为强酸腐蚀的密封材料，5为盛放氢氟酸的有机容器槽，6为氢氟酸，7为制作好的一级模块，8为熔融拉锥后制成的多芯合束器，9为腐蚀前的二级模块，10为制作好的二级模块，11-氢氧焰。

具体实施方式

一种多芯合束器的模块化制作方法，其特征在于，采用一段具有匹配内外径的石英套管，将N根按照一定形状排列的裸纤插入其中，石英套管的内径与一定根数的六边形排列的裸纤的外径相匹配，然后在石英套管的一端堵上一个四氟材料的管塞后，将石英套管放入氢氟酸中进行腐蚀，当石英套管外壁腐蚀到一定厚度后将其取出洗净，作为制作多芯合束器的一个模块。

根据所使用的裸纤的类型，数量，直径和排列方式不同可以制作N×1型泵浦光合束器，N×1型信号光合束器，N+1型泵浦光和信号光合束器。

所使用的裸纤可以使是单模光纤，多模光纤，大模场直径光纤，保偏光纤，光子晶体光纤和异形光纤。

所使用的裸纤的排列方式可以是六边形，圆形，八边形等各种几何形状。

所使用的石英套管可以是纯石英材料，也可以是外层掺氟内层是纯石英，也可以是全部都掺氟的石英材料或是其他可以在1400℃处于熔融状态的玻璃介质。

所使用的管塞可以是四氟材料，或是其他可以耐强酸腐蚀的材料制成的管塞，胶布或器件。

用于腐蚀石英套管外壁的化学试剂可以是氢氟酸或其他可以腐蚀石英和二氧化硅的化学试剂。

多芯合束器的单个模块或是由多个模块组成的多芯合束器均可以采用氢氧焰加热使石英套管熔融收缩，里面的裸纤处于熔融态后进行拉锥，也可以采用石墨加热，电极放电或激光加工的方法实现。

本发明的技术方案如下：

本发明是采用一段具有匹配内外径的石英套管，将N根按照一定形状排列的裸纤插入其中，石英套管的内径与一定根数的六边形排列的裸纤的外径相匹配，然后在石英套管的一端堵上一个四氟材料的管塞后，将石英套管放入氢氟酸中进行腐蚀，当石英套管外壁腐蚀到一定厚度后将其取出洗净，作为制作多芯合束器的一个模块。将该模块进行熔融拉锥可以制作N×1型光纤合束器，也可以将其作为制作更多芯光纤合束器的一个子模块，集成多个这样的子模块，按照一定模式排列(如六边形)并套上石英套管后进行熔融拉锥可制作成M×N型光纤合束器，也可以将其作为制作S×M×N型光纤合束器的一个子模块。

本发明根据所使用的裸纤的类型，数量，直径和排列方式不同可以制作N×1型泵浦光合束器，N×1型信号光合束器，(N+1)×1型泵浦光和信号光合束器。

本发明中所使用的裸纤可以使是单模光纤，多模光纤，大模场直径光纤，保偏光纤，光子晶体光纤和异形光纤。

本发明中所使用的裸纤的排列方式可以是六边形，圆形，八边形等各种几何形状。

本发明中所使用的石英套管可以是纯石英材料，也可以是外层掺氟内层是纯石英，也可以是全部都掺氟的石英材料或是其他可以在1400℃处于熔融状态的玻璃介质。

本发明中所使用的管塞可以是四氟材料，或是其他可以耐强酸腐蚀的材料制成的管塞，胶布或器件

本发明是用于腐蚀多芯光纤中空气孔的化学试剂可以是氢氟酸也可以是能腐蚀石英和二氧化硅的其他化学试剂。

本发明中多芯合束器的单个模块或是由多个模块组成的多芯合束器均可以采用氢氧焰加热使石英套管熔融收缩，里面的裸纤处于熔融态后进行拉锥，也可以采用石墨加热，电极放电或激光加工的方法实现。

实施例1为制作一个7×1多芯合束器的子模块，然后使用该子模块进行集成制作7×7×1的多芯合束器；实施例2为制作一个7×1多芯合束器的子模块，然后使用该子模块进行集成制作19×7×1的多芯合束器；

实施例1：如图1是7×1多芯合束器的子模块及其制作过程示意图，采用一段具有匹配内外径的石英套管2，将七根按照一定形状排列的裸纤1插入其中，石英套管2的内径与一定根数的六边形排列的裸纤1的外径相匹配，然后在石英套管2的一端堵上一个四氟材料的管塞4后形成一个7×1多芯合束器8，将石英套管放入盛放氢氟酸的有机容器槽5里的氢氟酸6中进行腐蚀，当石英套管2外壁腐蚀到一定厚度后将其取出洗净，作为制作多芯合束器的一个模块7，然后利用氢氧焰11将该模块7进行熔融拉锥即可以制作出7×1型光纤合束器。图2为一个制作7×1多芯合束器的模块7腐蚀前和腐蚀后的横向端面示意图。将模块7作为制作更多芯光纤合束器的一个子模块，集成七个这样的子模块，按照一定模式排列(如六边形)并套上石英套管2后进行熔融拉锥可制作成7×7×1型光纤合束器9，图3为利用图2所示的7×1多芯合束器的子模块进行集成制作7×7×1的多芯合束器9的横向端面示意图。

实施例2：图4为实施例2中利用图1所示的7×1多芯合束器的子模块进行集成制作19×7×1的多芯合束器的横向端面示意图及其制作过程示意图，采用一段具有匹配内外径的石英套管2，将七根按照一定形状排列的裸纤1插入其中，石英套管2的内径与一定根数的六边形排列的裸纤1的外径相匹配，然后在石英套管2的一端堵上一个四氟材料的管塞4后形成一个7×1多芯合束器3，将石英套管放入盛放氢氟酸的有机容器槽5里的氢氟酸6中进行腐蚀，当石英套管2外壁腐蚀到一定厚度后将其取出洗净，作为制作多芯合束器的一个模块7。利用氢氧焰11将该模块7进行熔融拉锥即可以制作出7×1型光纤合束器8。再将其作为制作更多芯光纤合束器的一个子模块7，集成十九个这样的子模块，按照一定模式排列(如六边形)并套上石英套管2后进行熔融拉锥可制作成19×7×1型光纤合束器10。

图1～图5中，1-单根输入的传能裸纤，2-一段具有匹配内外径的石英套管，3-腐蚀前的7×1多芯合束器，4-四氟材料的管塞，5-盛放氢氟酸的有机容器槽，6-氢氟酸，7-腐蚀后的7×1多芯合束器子模块，8-7×1型光纤合束器，9-利用7×1多芯合束器子模块制作的7×7×1的多芯合束器，10-19×7×1的多芯合束器，11-氢氧焰。

Claims (6)

1.一种多芯合束器的模块化制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：制作一级模块：

将N根排列紧密有序的裸纤插入一级石英套管中，N根裸纤与石英套管的长度相同，然后在一级石英套管的一端或两端密封地粘上或塞上耐强酸腐蚀的密封材料，再将一级石英套管放入氢氟酸中进行腐蚀；当一级石英套管外壁腐蚀到其设定的厚度后将一级石英套管取出洗净，这样就成为一个一级模块；

步骤二：按照步骤一的方法制作出多个相同的一级模块；

步骤三：制作二级模块：

将M个排列紧密有序的一级模块插入二级石英套管中，M个排列紧密有序的一级模块与二级石英套管的长度相同，然后在二级石英套管的一端或两端密封地粘上或塞上耐强酸腐蚀的密封材料，再将二级石英套管放入氢氟酸中进行腐蚀；当二级石英套管外壁腐蚀到其设定的厚度后将二级石英套管取出洗净，这样就成为一个二级模块；

步骤四：当二级模块的裸纤数符合多芯合束器要求的裸纤数时，转下步骤五；

当二级模块的裸纤数没达到多芯合束器要求的裸纤数时，用制作二级模块的方法制作三级模块或更多级模块；直到裸纤数达到多芯合束器要求的裸纤数；

步骤五：制作多芯合束器：

对制成的一级模块或多级模块的外部进行加热，当里面的裸纤处于熔融态后进行拉锥，达到要求的长度后即完成。

2.根据权利要求1所述的一种多芯合束器的模块化制作方法，其特征是：所使用的裸纤是单模光纤、多模光纤、大模场直径光纤、保偏光纤、光子晶体光纤或异形光纤。

3.根据权利要求1所述的一种多芯合束器的模块化制作方法，其特征是：所述的一级模块或多级级模块的横截面为六边形、圆形、八边形。

4.根据权利要求1所述的一种多芯合束器的模块化制作方法，其特征是：所使用的一级或多级石英套管是纯石英材料、外层掺氟内层纯石英、全部都掺氟的石英材料或是其他可以在1400℃处于熔融状态的玻璃介质。

5.根据权利要求1所述的一种多芯合束器的模块化制作方法，其特征是：所述的密封材料是四氟材料或是其他可以耐强酸腐蚀的密封材料。

6.根据权利要求1所述的一种多芯合束器的模块化制作方法，其特征是：所述的步骤五对制成的一级模块或多级模块的外部进行加热，加热法是石墨加热、电极放电或激光加工的来实现的。