CN109061801A - 一种高功率信号合束器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高功率信号合束器及其制作方法，它包括多根输入光纤、合束光纤和输出光纤，输入光纤包括输入纤芯和包裹在输入纤芯外壁的光纤输入包层，输出光纤包括输出纤芯和包裹在输出纤芯外壁的光纤输出包层，光纤输入包层的截面呈扇形状或六边形状并沿轴向设有凹槽和/或凸起，多根输入光纤相互嵌套在一起后形成合束光纤，合束光纤内的纤芯均与输出纤芯连接，合束光纤的合束包层均与输出纤芯或光纤输出包层连接；采用本发明的结构及方法，无需经过熔融拉锥或酸腐工艺，有效避免光束质量恶化，输入光纤的光纤输入包层内不会产生空气气泡，保障信号在输入光纤内进行全反射传递，信号光承受能力更强，利于传递高功率信号。

Description

一种高功率信号合束器及其制作方法
技术领域
本发明涉及光纤激光技术领域，特别是涉及一种高功率信号合束器及其制作方法。
背景技术
市面上常见的信号合束器制作方法包括了打结法和套管法，打结法通过多孔打结制具，将多根光纤扭结成束，通过熔融拉锥制作光纤束。该方法制作的光纤束，各根光纤处于旋转扭曲状态，锥区处存在应力，容易出现断纤，且光纤扭曲容易引起模式激发。套管法是将多根光纤穿入尺寸合适的石英管中，通过熔融拉锥使石英管塌陷将各根光纤束缚成束；以上两种方法均不可避免都需用到酸腐工艺和拉锥工艺，熔融拉锥方式使纤芯缩小引起合束后光束质量恶化，导致信号合束器的光承受能力不强，同时在熔融拉锥过程中，输入光纤的内包层内难免会产生空气气泡，而气泡位于输入纤芯周围时，会导致光信号出现折射现象，严重导致光信号的衰减，光束质量恶化，影响光信号在输入纤芯的全反射传递。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种高功率信号合束器及其制作方法。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种高功率信号合束器，包括多根输入光纤、合束光纤和输出光纤，所述输入光纤包括输入纤芯和包裹在输入纤芯外壁的光纤输入包层，所述输出光纤包括输出纤芯和包裹在输出纤芯外壁的光纤输出包层，所述光纤输入包层的截面呈扇形状或六边形状并沿轴向设有凹槽和/或凸起，多根所述输入光纤相互嵌套在一起后形成合束光纤，所述合束光纤内的纤芯均与所述输出纤芯连接，所述合束光纤的合束包层与所述输出纤芯或光纤输出包层连接。
其中，所述光纤输入包层通过激光刻蚀设有凹槽和/或凸起。
其中，所述凹槽和凸起的截面形状为方形或T形。
一种高功率信号合束器的制作方法，包括如下步骤：
步骤一、将多根输入光纤的部分输入涂覆层剥除，使该部分输入光纤的光纤输入包层裸露；将输出光纤的部分输出涂覆层剥除，使该部分输出光纤的光纤输入包层裸露；
步骤二、然后对裸露的光纤输入包层通过激光刻蚀形成刻蚀平面，使该部分光纤输入包层的截面呈扇形状或六边形状并在刻蚀平面上沿轴向设置有凹槽和/或凸起；
步骤三、将多根输入光纤上的凹槽与凸起之间进行相互嵌套配合，形成合束光纤；
步骤四、将合束光纤端面切平后与裸露出光纤输出包层的输出光纤进行连接，完成高功率信号合束器的制作。
其中，所述步骤三是通过机械夹具将多根输入光纤进行相互嵌套配合。
本发明的有益效果为：采用本发明的结构及方法，无需经过熔融拉锥或酸腐工艺，不破坏输入纤芯的结构，有效避免模式激发导致的光束质量恶化，输入光纤的光纤输入包层内不会产生空气气泡，保障信号在输入光纤内进行全反射传递，信号光承受能力更强，利于传递高功率信号，且本发明结构简单，制作容易；
另外，多根输入光纤是通过相互嵌套在一起后形成合束光纤，不仅解决了气泡问题，还在实际使用时发现具备了更好的散热效果，其原因在于，凹槽与凸起配合时，有非常小的间隙，空气分子可以穿过，并形成温度差，形成一定的空气气流，能带走合束光纤内的热量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明一实施例中输入光纤带方形凹槽和凸起的结构示意图；
图3是图2中输入光纤在图1中A-A横截面示意图；
图4是本发明一实施例中输入光纤带T形凹槽和凸起的结构示意图；
图5是图4中输入光纤在图1中A-A横截面示意图；
图6是本发明另一实施例中输入光纤带方形凸起的结构示意图；
图7是图6中输入光纤的横截面示意图；
图8是本发明另一实施例中输入光纤带方形凹槽的结构示意图；
图9是图8中输入光纤在图1中A-A横截面示意图；
图10是本发明另一实施例中输入光纤带T形凸起的结构示意图；
图11是图10中输入光纤的横截面示意图；
图12是本发明另一实施例中输入光纤带T形凹槽的结构示意图；
图13是图12中输入光纤在图1中A-A横截面示意图；
图14是本发明一实施例中带方形凹槽和凸起的合束光纤在图1中B-B横截面示意图；
图15是本发明一实施例中带T形凹槽和凸起的合束光纤在图1中B-B横截面示意图；
图16是本发明另一实施例中带方形凹槽和凸起的合束光纤在图1中B-B横截面示意图；
图17是本发明另一实施例中带T形凹槽和凸起的合束光纤在图1中B-B横截面示意图；
附图标记说明：10-输入光纤；11-输入涂覆层；12-光纤输入包层；121-凹槽；122-凸起；13-输入纤芯；20-合束光纤；30-输出光纤；31-输出纤芯；32-光纤输出包层；33-输出涂覆层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1至图17所示，本实施例所述的一种高功率信号合束器，包括多根输入光纤10、合束光纤20和输出光纤30，所述输入光纤10包括输入纤芯13和包裹在输入纤芯13外壁的光纤输入包层12，所述输出光纤30包括输出纤芯31和包裹在输出纤芯31外壁的光纤输出包层32，所述光纤输入包层12的截面呈扇形状或六边形状并沿轴向设有凹槽121和/或凸起122，多根所述输入光纤10相互嵌套在一起后形成合束光纤20，所述合束光纤20内的纤芯均与所述输出纤芯31连接，所述合束光纤20的合束包层与所述输出纤芯31或光纤输出包层32连接；本实施例进一步地，所述光纤输入包层12通过激光刻蚀设有凹槽121和/或凸起122；本实施例进一步地，所述凹槽121和凸起122的截面形状为方形或T形。
具体地，每根所述输入光纤10还包括包裹在光纤输入包层12外壁的输入涂覆层11，所述输出光纤30还包括包裹在光纤输出包层32外壁的输出涂覆层33；将所述输入光纤10的一端输入涂覆层11剥除，使该段输入光纤10的光纤输入包层12裸露，通过激光对该裸露的光纤输入包层12进行刻蚀形成刻蚀平面，同时使该光纤输入包层12的截面形状呈扇形或六边形，每根所述输入光纤10的光纤输入包层12的刻蚀平面沿轴向设置有方形或T形的凹槽121和/或凸起122，该凹槽121和凸起122错开设置，然后通过机械夹具将多根扇形状的输入光纤10相互嵌套在一起形成合束光纤20，将合束光纤20的端面切平后与输出光纤30进行熔接，完成制作高功率信号合束器。
如图1至图5、图14、图15所示，进一步地，输入光纤10的数量为4根，即4X1信号合束器，输入涂覆层11直径为550um，光纤输入包层12直径为400um，输入纤芯13直径为20um。输出涂覆层33直径为480um，光纤输出包层32直径为360um，输出纤芯31直径为100um；然后通过激光对裸露的光纤输入包层12进行刻蚀形成刻蚀平面，并且使输入纤芯13不会裸露在外，同时在刻蚀平面设置方形或T形的凹槽121和凸起122；将4根刻蚀或的输入光纤10通过凹槽121与凸起122的配合相互嵌套在一起形成合束光纤20，然后将合束光纤20的的端面切平后与输出光纤30进行熔接，完成高功率信号合束器的制作。
如图1、图6至图13、图16、图17所示，本实施例的另一种结构方式是，输入光纤10的数量为7根，输入光纤10的数量为7根，即7X1信号合束器，输入涂覆层11直径为550 um，光纤输入包层12的直径400 um，输入纤芯13直径为20 um，输出涂覆层33直径为780 um，光纤输出包层32直径为500 um，输出纤芯31直径为300 um；然后通过激光对裸露的光纤输入包层12进行刻蚀形成刻蚀平面，使其中一个输入光纤10的光纤输入包层12的截面呈六边形，剩余输入光纤10的光纤输入包层12的截面呈扇形，并在截面为六边形的输入光纤10的刻蚀平面上设置六个方形或T形的凸起122，剩余输入光纤10的刻蚀平面上对应设置方形或T形的凹槽121，然后将截面呈六边形的输入光纤10设于中心位置，其余输入光纤10则通过凹槽121与凸起122的配合与截面呈六边形的输入光纤10相互嵌套在一起形成合束光纤20，然后将合束光纤20的端面切平后与输出光纤30进行熔接，完成高功率信号合束器的制作。
当然，本实施例中，合束光纤20还可通过点胶方式进一步固定、或将合束光纤20套设于胶管、金属管或玻璃管内，使合束光纤20结构更牢固。
采用本实施例的高功率信号合束器，无需经过熔融拉锥或酸腐工艺，不破坏输入纤芯13的结构，有效避免模式激发导致的光束质量恶化，输入光纤10的光纤输入包层12内不会产生空气气泡，保障信号在输入光纤10内进行全反射传递，信号光承受能力更强，利于传递高功率信号，且本实施例结构简单，制作容易；
另外，多根输入光纤10是通过相互嵌套在一起后形成合束光纤20，不仅解决了气泡问题，还在实际使用时发现具备了更好的散热效果，其原因在于，凹槽121与凸起122配合时，有非常小的间隙，空气分子可以穿过，并形成温度差，形成一定的空气气流，能带走合束光纤20内的热量。
如图1至图17所示，一种高功率信号合束器的制作方法，包括如下步骤：
步骤一、将多根输入光纤10的部分输入涂覆层11剥除，使该部分输入光纤10的光纤输入包层12裸露；将输出光纤30的部分输出涂覆层33剥除，使该部分输出光纤30的光纤输入包层12裸露；
步骤二、然后对裸露的光纤输入包层12通过激光刻蚀形成刻蚀平面，使该部分光纤输入包层12的截面呈扇形状或六边形状并在刻蚀平面上沿轴向设置有凹槽121和/或凸起122；
步骤三、将多根输入光纤10上的凹槽121与凸起122之间进行相互嵌套配合，形成合束光纤20；
步骤四、将合束光纤20端面切平后与裸露出光纤输出包层32的输出光纤30进行连接，完成高功率信号合束器的制作。
本实施例的制作方法，仅对光纤输入包层12进行激光刻蚀，不会对输入纤芯13产生破坏及不会对光纤输入包层12内部结构产生影响，保障输入光纤10内不会产生气泡问题；同时通过机械夹具将多根输入光纤10进行相互嵌套配合，保护输入光纤10不会受到挤压破坏。
采用本实施例所述制作方法，将多根输入光纤10通过方形或T形的凹槽121和凸起122配合相互嵌套在一起形成合束光纤20，而无需经过熔融拉锥和酸腐工艺，保障输入纤芯13不会发生形变，避免引入杂质，避免出现断纤及模式激发导致光束质量恶化，同时在光纤输入包层12内不会产生空气气泡，保障信号在输入纤芯13内的全反射传递，提高信号合束器的光承受能力，利于传递高功率信号；
另外，经过本实施例的制作方法完成的高功率信号合束器，不仅解决了气泡问题，还在实际使用时发现具备了更好的散热效果，其原因在于，是凹槽121与凸起122配合时，有非常小的间隙，可供空气分子穿过，并形成温度差，形成一定的空气气流，带走合束光纤20内的热量。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高功率信号合束器，其特征在于：包括多根输入光纤（10）、合束光纤（20）和输出光纤（30），所述输入光纤（10）包括输入纤芯（13）和包裹在输入纤芯（13）外壁的光纤输入包层（12），所述输出光纤（30）包括输出纤芯（31）和包裹在输出纤芯（31）外壁的光纤输出包层（32），所述光纤输入包层（12）的截面呈扇形状或六边形状并沿轴向设有凹槽（121）和/或凸起（122），多根所述输入光纤（10）相互嵌套在一起后形成合束光纤（20），所述合束光纤（20）内的纤芯均与所述输出纤芯（31）连接，所述合束光纤（20）的合束包层与所述输出纤芯（31）或光纤输出包层（32）连接。
2.根据权利要求1所述的一种高功率信号合束器，其特征在于：所述光纤输入包层（12）通过激光刻蚀设有凹槽（121）和/或凸起（122）。
3.根据权利要求1或2所述的一种高功率信号合束器，其特征在于：所述凹槽（121）和凸起（122）的截面形状为方形或T形。
4.一种高功率信号合束器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、将多根输入光纤（10）的部分输入涂覆层（11）剥除，使该部分输入光纤（10）的光纤输入包层（12）裸露；将输出光纤（30）的部分输出涂覆层（33）剥除，使该部分输出光纤（30）的光纤输入包层（12）裸露；
步骤二、然后对裸露的光纤输入包层（12）通过激光刻蚀形成刻蚀平面，使该部分光纤输入包层（12）的截面呈扇形状或六边形状并在刻蚀平面上沿轴向设置有凹槽（121）和/或凸起（122）；
步骤三、将多根输入光纤（10）上的凹槽（121）与凸起（122）之间进行相互嵌套配合，形成合束光纤（20）；
步骤四、将合束光纤（20）端面切平后与裸露出光纤输出包层（32）的输出光纤（30）进行连接，完成高功率信号合束器的制作。
5.根据权利要求4所述的一种高功率信号合束器的制作方法，其特征在于：所述步骤三是通过机械夹具将多根输入光纤（10）进行相互嵌套配合。
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