CN109188610A - 一种带有封装结构的光纤合束器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有封装结构的光纤合束器，包括：裸合束器，石英封装圆管，金属封装盒体；裸合束器包括石英毛细管，输入光纤束，光纤束锥区，输出光纤；石英毛细管外壁经过酸性溶液进行预处理，处理后毛细管壁厚减小，拉锥比减小；将输入光纤剥除涂覆层后组束穿入石英毛细管内部；裸合束器插入石英封装圆管中，输入光纤束、输出光纤剥离涂覆层部分均在石英封装圆管内部；封装圆管置于金属封装盒体的矩形槽中，金属盒体两端分别与封装圆管两端及输入光纤束使用导热胶保护固定，封装圆管与封装盒体矩形槽空隙部分使用导热材料进行填充，封装盒体下部分与上盖用螺丝进行固定封装。本发明泵浦光耦合效率高，散热性能好，适用于高功率光纤激光器及放大器。

Description

一种带有封装结构的光纤合束器
技术领域
本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种光纤合束器，尤其应用于高功率的光纤放大器中。
背景技术
近年来，光纤激光器及放大器由于其优良的性能和广泛的应用前景受到了极大的关注。对于超短脉冲光纤激光器来说，输出功率及单脉冲能量的大小是评价激光器性能的重要参数，同时也决定了激光器的应用范围与领域。
包层泵浦耦合技术作为高功率光纤激光器的核心技术之一，对高功率的向前进一步发展起到了举足轻重的作用。高功率全光纤激光器在超高功率下稳定工作必须依赖于高效率低损耗的器件。
光纤合束器作为全光纤激光器中光纤耦合不可或缺的重要器件，主要功能是实现泵浦光及信号光的耦合，但在高功率超短脉冲光纤激光器中使用时，要求其效率必须很高，作为信号泵浦耦合器时又要求其对纤芯里信号光的损害尽可能小，同时又要解决高功率耦合带来的散热问题。因此优质的可承受高峰值功率的光纤合束器研制是一项极其富有挑战性的技术。提高泵浦及信号光的耦合效率可以减小光的泄露，从而减少泄露光产生的废热，而减小拉锥比就是提高泵浦及信号光的耦合效率行之有效的方法之一。
发明内容
本发明目的在于：提供一种泵浦耦合效率高且可以解决高功率带来散热问题的光纤合束器，且结构简单，实用有效。
为实现上述技术问题，本发明提供了一种带封装结构的光纤合束器，包括裸合束器(1)，石英封装圆管(2)，金属封装盒体(3)。封装圆管(3)套设于裸合束器(1)外部，两端使用导热胶(5)进行封口；封装圆管(3)置于金属盒体的矩形槽中；所述裸合束器(1)包括输入光纤束(11)，石英毛细管(12)，光纤束锥区(13)，输出光纤(14)，所述石英毛细管(12)经酸性溶液(6)处理，所述输入光纤束(11)，输出光纤(14)剥离涂覆层部分均在封装圆管(2)内部。所述封装圆管(2)长度小于金属盒体(3)；所述金属盒体(3)两端分别与封装圆管(2)两端及输入光纤束(11)，输出光纤(13)未剥离涂覆层部分使用导热胶(5)进行保护固定；所述封装圆管(2)中心与金属封装盒体(3)使用导热胶(5)进行固定；所述封装圆管(2)与金属封装盒体(3)矩形槽空隙内填充有导热材料(4)；封装盒体下部分(32)与上盖(31)用螺丝进行固定封装。
作为本发明优选的，所述的酸性溶液(6)为HF酸。
作为本发明优选的，所述的导热胶(5)为可以固化的导热胶。
作为本发明优选的，所述的导热材料(4)为导热硅脂。
作为本发明优选的，所述的金属封装盒体(3)材料为紫铜或铝。
作为本发明优选的，所述的金属盒体(3)矩形槽槽宽2-3mm。
本发明的有益效果为：对石英毛细管外壁采用一定浓度的酸性溶液进行腐蚀，根据腐蚀时间长短可控制毛细管外径，毛细管壁厚减小，将输入光纤束剥除涂覆层穿管拉锥，拉锥到与输出双包层光纤的包层直径所匹配的锥腰直径时，拉锥比减小，提高了泵浦及信号光的耦合效率。相对于粗毛细管预拉锥法，化学腐蚀法在确定内径的情况下，壁厚可调，且处理后的毛细管外壁更加均匀，解决了预拉锥法获得的毛细管锥腰直径不均匀的问题。制作出来的合束器使用石英封装圆管对合束器熔点及毛细管部分进行密封保护，熔点泄露的光通过透明圆管散射到圆管外的导热材料上，由于矩形槽设计宽度较小，因此热量能很快传递到导热性更强的金属封装盒体上，使热量快速传递出来，保证了合束器的耦合效率高，性能稳定，散热性好，不至于在高功率下，热量快速聚集使合束器烧毁。
附图说明
图1为本发明的一种带封装结构的光纤合束器结构示意图。
图2为本发明实施例中石英毛细管处理装置图。
图3为本发明金属封装盒体结构示意图。
图4为本发明的一种带封装结构的光纤合束器中的裸合束器结构示意图。
图5为本发明的实施例中输入光纤束截面示意图。
具体实施方式
如图所示，本发明实施例提供一种带封装结构的光纤合束器，包括：裸合束器1，石英封装圆管2，金属封装盒体3。裸合束器1包括输入光纤束11，石英毛细管12，光纤束锥区13，输出光纤14；石英毛细管12经酸性溶液6处理，石英封装圆管2套设于裸合束器1外部；金属封装盒体3包括下盒体31和上盖32两部分；石英封装圆管2置于下盒体31的矩形槽中；输入光纤束11，输出光纤13剥离涂覆层部分均在封装圆管2内部。封装圆管2长度小于金属盒体3；金属盒体3两端分别与封装圆管两端及输入光纤束，输出光纤未剥离涂覆层部分使用导热胶5进行保护固定；封装圆管2中心与金属封装盒体3使用导热胶进行固定。所述封装圆管与金属封装盒体矩形槽空隙内填充有导热材料6；封装盒体下部分与上盖用螺丝进行固定封装。
准备一根的石英毛细管12，根据制作合束器类型确定输入输出光纤类型，以(6+1)x1合束器为例，信号纤与泵浦纤组束后直径为380μm，选取内径稍大于光纤束的石英毛细管，可以保证光纤束顺利穿入毛细管。对于毛细管外径，为使模场匹配，可以将毛细管外壁腐蚀到相应尺寸，将石英毛细管12两段用密封胶7进行封口，待胶干燥后用石蜡再次对毛细管进行封口处理。准备质量分数为10％-20％的HF酸溶液9，将溶液置于聚四氟乙烯细管10中，放入封口后的石英毛细管12进行腐蚀处理，6-8h后将石英毛细管12取出并将两端封口处去除，清洁干净。注意腐蚀实验都在通风橱中进行，由于HF酸有强烈的腐蚀性，需要佩戴一定的防护措施。
准备6根泵浦纤111，1根双包层信号光纤112，将涂覆层剥除一定长度(大于毛细管长度)后，按六边形进行组束为泵浦-信号输入光纤束11，其侧面剖视图如图5。其中6根泵浦纤111围绕在1根信号纤112周围，将光纤束11穿入处理后的石英毛细管12中，放入真空干燥箱进行干燥。将穿入石英毛细管12的光纤束使用三电极环火拉锥机进行拉锥，在锥腰处用拉锥机自带的超声波切割刀进行切割，并与输出光纤14进行熔接，得到裸合束器。裸合束器1包括输入光纤束11，石英毛细管12，光纤束锥区13，输出光纤14四部分。光纤束锥区13长度应满足绝热拉锥条件。将制作好的裸合束器1穿入石英封装圆管2中，石英封装圆管2长度小于金属封装下盒体32长度，但长度应该足够使左侧输入光纤束11剥除涂覆层部分及右侧输出光纤14剥除涂覆层部分均在封装圆管2内部。保证光纤束锥区13及熔点15能够不受外界干扰。将石英封装圆管2置于金属封装下盒体2的矩形槽中,石英圆管2两端及附近的光纤涂覆层与下盒体32矩形槽两端用导热胶5进行固定密封。封装圆管2与矩形槽间空隙用导热材料4进行填充，保证由光纤束锥体13及熔点15泄露出的光产生的热量能通过导热材料4与封装盒体3快速传导到空气中。制得的光纤合束器耦合效率高，性能稳定，散热性好。
以上仅为本发明的一个实施例，本发明还适用于各种(N+1)x1和Nx1型合束器，其中N＝2～6，18，如(2+1)x1、(6+1)x1、(18+1)x1、2x1、7x1、19x1型等，保偏/非保偏(N+1)x1同样也适用。
对于(N+1)x1合束器，当N＝6时，泵浦光纤为105/125/250多模光纤，输入信号光纤可以为6/125/250、10/130/250、10/125/250、12/125/250无源单包层/双包层光纤。输出光纤为25/250/400、30/250/400无源双包层光纤。当N＝2时，输出光纤为10/130/250、10/125/250、12/125/250无源双包层光纤。
对于保偏(N+1)x1合束器，当N＝6时，泵浦光纤为105/125/250多模光纤，输入信号光纤可以为6/125/250、10/130/250、10/125/250、12/125/250保偏无源单包层/双包层光纤。输出光纤为25/250/400、30/250/400保偏无源双包层光纤。当N＝2时，输出光纤为10/130/250、10/125/250、12/125/250保偏无源双包层光纤。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带封装结构的光纤合束器，其特征在于：包括裸合束器(1)，石英封装圆管(2)，金属封装盒体(3)；石英封装圆管(2)套设于裸合束器(1)外部，两端使用导热胶(5)进行封口；封装圆管(3)置于金属盒体的矩形槽中；所述裸合束器(1)包括输入光纤束(11)，石英毛细管(12)，光纤束锥区(13)，输出光纤(14)，所述石英毛细管(12)经酸性溶液(6)处理6-8h，所述输入光纤束(11)，输出光纤(14)剥离涂覆层部分均在封装圆管(2)内部；所述封装圆管(2)长度小于金属盒体(3)；所述金属盒体(3)两端分别与封装圆管(2)两端及输入光纤束(11)，输出光纤(13)未剥离涂覆层部分使用导热胶(5)进行保护固定；所述封装圆管(2)中心与金属封装盒体(3)使用导热胶(5)进行固定；所述封装圆管(2)与金属封装盒体(3)矩形槽空隙内填充有导热材料(4)；所述的导热材料(4)为折射率小于封装圆管的材料。
2.根据权利要求1所述的光纤合束器，其特征在于：所述的酸性溶液(6)质量百分比浓度为10％-20％的HF酸。
3.根据权利要求1所述的光纤合束器，其特征在于：所述1的导热胶(5)为能固化的导热胶。
4.根据权利要求1所述的光纤合束器，其特征在于：所述的金属封装盒体(3)材料为铝或紫铜。
5.根据权利要求1所述的光纤合束器，其特征在于：所述的金属封装盒体(3)矩形槽槽宽2-3mm。
6.制备如权利要求1所述的光纤合束器的方法，其特征在于：所述的石英毛细管(12)的处理步骤如下：
步骤1：将石英毛细管(12)两端用密封胶(7)进行封口；
步骤2：待胶干透后，在密封胶(7)外包裹一层石蜡(8)，使酸性溶液不会腐蚀密封胶，进入毛细管内部；在毛细管(12)一端绑上不会被腐蚀的聚四氟乙烯细绳(9)；
步骤3：将石英毛细管(12)外壁擦拭干净，置于装有酸性溶液的聚四氟乙烯细管(10)中，聚四氟乙烯细绳(9)一端伸出管外；放置6-8h后取出。
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