CN107807420A - 功率耦合器及光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于光纤功率结构技术领域，提供了一种功率耦合器包括光纤，所述光纤包括纤芯以及覆盖于所述纤芯外层的涂覆层，所述光纤具有一段将所述纤芯裸露并设置成弯曲状的弯曲结构，所述功率耦合器还包括设置于所述弯曲结构上各弯曲处的探测器以及包裹于所述弯曲结构和所述探测器外围的透明胶体。该功率耦合器通过在所述光纤上设置裸露的所述纤芯并将该裸露的所述纤芯设置成弯曲结构，以使功率泄露出来，并通过在所述弯曲结构的弯曲处设置所述探测器以测量从所述纤芯中泄露的功率大小，根据泄露功率与主功率的固有关系，通过测量的泄露功率大小计算出主功率大小，从而可以有效、可靠地监控所述功率耦合器的功率大小。

Description

功率耦合器及光纤激光器
技术领域
本发明属于光纤功率结构技术领域，尤其涉及一种功率耦合器以及具有该功率耦合器的光纤激光器。
背景技术
很多实际运用中，都需要实时了解光纤中的功率，以便对系统的运行状况进行监控，及时修正系统的工作参数，保证输出功率的稳定，或防止有害回光对系统的影响。而光探测器一般只能工作在毫瓦水平，所以需要使用耦合器，将主功率按一定比例耦合出来探测。
目前耦合器一般采用熔融方法，将纤芯能量耦合到监控光纤中，再送入PD，耦合比稳定且与功率无关，系统可以根据耦合到的功率准确地计算出源功率。但是耦合器制作时需要将光纤拉细，导致一定的模式畸变和功率损耗，一般无法承受大功率，例如千瓦以上的主功率，因此，在高功率场合(如光纤激光器)难以采用，高功率时耦合器极易烧毁。行业上急需一种可靠的功率监控方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率耦合器，旨在解决现有技术中耦合器难以承受大功率的技术问题。
本发明是这样实现的，一种功率耦合器，包括光纤，所述光纤包括纤芯以及覆盖于所述纤芯外层的涂覆层，所述光纤具有一段将所述纤芯裸露并设置成弯曲状的弯曲结构，所述功率耦合器还包括设置于所述弯曲结构上各弯曲处的探测器以及包裹于所述弯曲结构和所述探测器外围的透明胶体。
进一步地，所述弯曲结构呈S形结构。
进一步地，所述弯曲结构为中心对称结构。
进一步地，所述弯曲结构包括沿所述光纤长度方向依次设置的第一弯曲点、第二弯曲点和第三弯曲点，并在第一弯曲点、第二弯曲点和第三弯曲点处分别设置有所述探测器。
进一步地，所述透明胶体的折射率高于所述纤芯的折射率。
进一步地，所述透明胶体的折射率为1.578。
进一步地，所述纤芯为石英玻璃纤芯、多成分玻璃纤芯、塑料纤芯、复合材料纤芯或者红外纤芯。
进一步地，所述纤芯的弯曲长度为70mm，各弯曲处的弯曲半径为20mm。
本发明还提供了一种光纤激光器，包括上述功率耦合器。
本发明相对于现有技术的技术效果是：该功率耦合器通过在所述光纤上设置裸露的所述纤芯并将该裸露的所述纤芯设置成弯曲结构，以使功率泄露出来，并通过在所述弯曲结构的弯曲处设置所述探测器以测量从所述纤芯中泄露的功率大小，根据泄露功率与主功率的固有关系，通过测量的泄露功率大小计算出主功率大小，从而可以有效、可靠地监控所述功率耦合器的功率大小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述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的附图。
图1是本发明实施例提供的功率耦合器的结构示意图。
附图标记说明：
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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参照图1，本发明实施例提供的功率耦合器包括光纤10，所述光纤10包括纤芯12以及覆盖于所述纤芯12外层的涂覆层14，所述光纤10具有一段将所述纤芯12裸露并设置成弯曲状的弯曲结构16，所述功率耦合器还包括设置于所述弯曲结构16上各弯曲处的探测器20以及包裹于所述弯曲结构16和所述探测器20外围的透明胶体30。
本发明实施例提供的功率耦合器通过在所述光纤10上设置裸露的所述纤芯12并将该裸露的所述纤芯12设置成弯曲结构16，以使功率泄露出来，并通过在所述弯曲结构16的弯曲处设置所述探测器20以测量从所述纤芯12中泄露的功率大小，根据泄露功率与主功率的固有关系，通过测量的泄露功率大小计算出主功率大小，从而可以有效、可靠地监控所述功率耦合器的功率大小。
在该实施例中，通过在所述光纤10中设置纤芯12裸露的弯曲结构16，无需破坏光纤10而导致功率损耗，可以承受千瓦以上的主功率，从而使得本发明实施例的功率耦合器可以用于高功率场合，而且不容易导致功率耦合器烧毁。
在该实施例中，通过将所述纤芯12设置成弯曲结构16，以将所述光纤10的全反射条件破坏，使所述纤芯12的光功率脱落所述纤芯12进入所述透明胶体30中，通过在所述透明胶体30中设置的所述探测器20以探测对应弯曲处的光功率，从而监测出所述功率耦合器的功率大小。
请参照图1，进一步地，所述弯曲结构16呈S形结构。通过将所述弯曲结构16设置成S形，以保证所述弯曲结构16不破坏所述光纤10，并能够使光功率脱离所述纤芯12并由所述透明胶体30吸收，以通过设置在弯曲处的所述探测器20监测所述光纤10的主功率大小，并且使得该所述光纤10耦合器能承受千瓦以上的功率。
请参照图1，进一步地，所述弯曲结构16为中心对称结构。通过将所述弯曲结构16设置成中心对称结构，以保证功率传输的一致性。
在其他实施例中，所述弯曲结构16也可以是至少具有一个弯曲点的结构。
请参照图1，进一步地，所述弯曲结构16包括沿所述光纤10长度方向依次设置的第一弯曲点160、第二弯曲点162和第三弯曲点164，并在第一弯曲点160、第二弯曲点162和第三弯曲点164处分别设置有所述探测器20。通过在所述第一弯曲点160、所述第二弯曲点162和所述第三弯曲点164处分别设置所述探测器20，以测量所述第一弯曲点160、所述第二弯曲点162和所述第三弯曲点164处的功率大小，将所述第一弯曲点160、所述第二弯曲点162和所述第三弯曲点164处泄露的功率转换为电信号，从而感知所述光纤10中的功率大小，从而保证所述光纤10传输大功率。
在该实施例中，于所述第一弯曲点160、所述第二弯曲点162和所述第三弯曲点164的所述探测器20分别探测所述光纤10不同方向的功率大小。可以根据实际需要适当调节所述光纤10的弯曲半径，可以得到不同的耦合比例。
在该实施例中，所述探测器20为光电探测器20，以探测所述光纤10的泄露功率。
请参照图1，进一步地，所述透明胶体30的折射率高于所述纤芯12的折射率。利用折射率高于所述纤芯12的透明胶体30，利用所述透明胶体30包裹住所述纤芯12，以便吸收所述光纤10因完全泄露的功率。
优选地，所述透明胶体30的折射率为1.578。
优选地，所述纤芯12为石英玻璃纤芯12、多成分玻璃纤芯12、塑料纤芯12、复合材料纤芯12或者红外纤芯12。
优选地，所述纤芯12的弯曲长度为70mm，各弯曲处的弯曲半径为20mm。
大功率光纤10中有从左到右的大功率光能量，在剥除一段所述涂覆层14后，被S形的所述弯曲结构16固定，并在每一个所述弯曲处设置一个探测器20，再以折射率高于石英光纤10的透明胶体30覆盖整段裸露所述光纤10和探测器20，形成光电耦合结构。该所述光纤10的制作工艺简单可靠，且所述光纤10不经过热加工和拉伸，波导结构破坏很小，不会影响所述光纤10传输大功率。
本发明各实施例提供的光纤10采用Nufern公司的20/40NA0.06/0.46的大功率光纤10，剥除长度为70mm、弯曲半径20mm且透明胶体30的折射率为1.578。沿所述光纤10正向注入500W功率，耦合比例为0.0078％，且耦合比例温度，不随源功率的变化而变化，满足实际需求。
请参照图1，本发明实施例提供的光纤10激光器包括上述功率耦合器。本发明实施例提供的光纤10激光器具有上述各实施例中的功率耦合器，该功率耦合器具有上述各实施例中功率耦合器相同的结构，且具有相同的作用，此处不赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种功率耦合器，包括光纤，所述光纤包括纤芯以及覆盖于所述纤芯外层的涂覆层，其特征在于，所述光纤具有一段将所述纤芯裸露并设置成弯曲状的弯曲结构，所述功率耦合器还包括设置于所述弯曲结构上各弯曲处的探测器以及包裹于所述弯曲结构和所述探测器外围的透明胶体。
2.如权利要求1所述的功率耦合器，其特征在于，所述弯曲结构呈S形结构。
3.如权利要求1所述的功率耦合器，其特征在于，所述弯曲结构为中心对称结构。
4.如权利要求1所述的功率耦合器，其特征在于，所述弯曲结构包括沿所述光纤长度方向依次设置的第一弯曲点、第二弯曲点和第三弯曲点，并在第一弯曲点、第二弯曲点和第三弯曲点处分别设置有所述探测器。
5.如权利要求1所述的功率耦合器，其特征在于，所述透明胶体的折射率高于所述纤芯的折射率。
6.如权利要求5所述的功率耦合器，其特征在于，所述透明胶体的折射率为1.578。
7.如权利要求1至6任意一项所述的功率耦合器，其特征在于，所述纤芯为石英玻璃纤芯、多成分玻璃纤芯、塑料纤芯、复合材料纤芯或者红外纤芯。
8.如权利要求1至6任意一项所述的功率耦合器，其特征在于，所述纤芯的弯曲长度为70mm，各弯曲处的弯曲半径为20mm。
9.一种光纤激光器，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项的功率耦合器。
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