CN109239849A - 一种光纤合束器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光纤合束器及其制备方法，该光纤合束器包括：若干根输入光纤和光纤合束部，其中，所述若干根输入光纤的一端与所述光纤合束部的一端连接，所述若干根输入光纤中纤芯区的光纤的包层直径为0，所述光纤合束部是由所述若干根输入光纤中所述纤芯区的光纤经熔融拉锥后形成的光纤拉锥束。本发明实施例提高了光纤合束器中纤芯的占空比，可以得到较高的激光光束质量，在相同拉锥比下，现有技术中的光纤合束器的输入光纤发散角放大倍率等于拉锥比例，而本发明中光纤合束器输入光纤的发散角放大倍率小于拉锥比例，由于没有包层的影响，本发明中的光纤合束器输出光纤的纤芯直径更小。

Description

一种光纤合束器及其制备方法

技术领域

本发明实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种光纤合束器及其制备方法。

背景技术

光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、散热性能好、工作稳定性高等优点，已经广泛应用在工业、医疗和国防等领域。然而，随着光纤非线性效应、光纤损伤阈值等机制的限制，单模光纤激光器的输出功率不可能无限提升。

目前最高功率的单模光纤激光器仅为20kW，然而单模光纤激光器的理论极限为30kW左右。为了获得更大功率的激光输出，将多个单模光纤激光器进行激光合束是最有效和最直接的手段。

目前普遍的光纤合束方法为空间光谱合束和全光纤合束，空间光谱合束需要空间光路调节，结构复杂，稳定性差；全光纤合束器具有结构简单硬凑、使用灵活等优点，但普通光纤合束器由于光纤束组占空比高，导致光束质量退化，降低了激光亮度。

发明内容

本发明实施例提供一种光纤合束器及其制备方法，用以解决现有技术中光纤合束器的占空比不高、光束质量低的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种光纤合束器，包括：若干根输入光纤和光纤合束部，其中，所述若干根输入光纤的一端与所述光纤合束部的一端连接，所述若干根输入光纤中纤芯区的光纤的包层直径为0，所述光纤合束部是由所述若干根输入光纤中所述纤芯区的光纤经熔融拉锥后形成的光纤拉锥束。

第二方面，本发明实施例提供一种光纤合束器的制备方法，包括：

对所述若干根输入光纤进行处理，以使得处理后的若干根输入光纤位于所述纤芯区的光纤的包层直径为0，且处理后的若干根输入光纤位于过渡区的光纤的包层直径逐渐减小至0；

对所述若干根输入光纤纤芯区的光纤进行熔融拉锥，获得所述光纤合束部。

第三方面，本发明实施例提供一种光纤合束器的制备方法，包括：

对所述若干根输入光纤进行处理，以使得处理后的若干根输入光纤位于所述纤芯区的光纤的包层直径为0，且处理后的若干根输入光纤位于过渡区的光纤的包层直径逐渐减小至0；

对所述套管进行处理，以使得处理后的所述套管一端的直径大于所述若干根输入光纤组成的光纤束的外切圆的直径，且处理后的所述套管另一端的直径大于所述若干根输入光纤的纤芯组成的光纤束的外切圆的直径；

将所述若干根输入光纤放入所述套管内部，并对所述若干根输入光纤纤芯区的光纤进行熔融拉锥，获得所述光纤合束部。

本发明实施例提供的一种光纤合束器及其制造方法，提高了光纤合束器中纤芯的占空比，可以得到较高的激光光束质量，在相同拉锥比下，现有技术中的光纤合束器的输入光纤发散角放大倍率等于拉锥比例，而本发明中光纤合束器输入光纤的发散角放大倍率小于拉锥比例，由于没有包层的影响，本发明中的光纤合束器输出光纤的纤芯直径更小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例一种光纤合束器的结构示意图；

图2为本发明实施例一种光纤合束器中输入光纤的结构示意图；

图3为本发明一实施例一种光纤合束器的结构示意图；

图4为本发明实施例一种光纤合束器的制备方法的流程图；

图5为本发明实施例制备的一种光纤合束器的结构示意图；

图6为本发明实施例制备出的一种光纤合束器在图5中E处的截面示意图；

图7为本发明实施例制备出的一种光纤合束器在图5中F处的截面示意图；

图8为本发明又一实施例一种光纤合束器制备方法的流程图；

图9为本发明实施例制备的光纤合束器中对套管处理的示意图；

图10为本法实施例中的光纤合束器在图3中A处的截面示意图；

图11为本法实施例中光纤合束器在图3所示B处的截面示意图；

图12为本法实施例中光纤合束器在图3所示C处的截面示意图；

图13为本法实施例中光纤合束器在图3所示D处的截面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种光纤合束器的结构示意图，如图1所示，该光纤合束器包括：

若干根输入光纤101和光纤合束部，其中，所述若干根输入光纤的一端与所述光纤合束部的一端连接，所述若干根输入光纤中纤芯区的光纤的包层直径为0，所述光纤合束部是由所述若干根输入光纤中所述纤芯区的光纤经熔融拉锥后形成的光纤拉锥束。

本发明实施例中的光纤合束器由若干根输入光纤101和光纤合束部102组成，每根输入光纤都由纤芯和包层组成，并且每根光纤的结构都相同，在每根光纤的一端有一个纤芯区，这个纤芯区内，输入光纤在这个纤芯区内的部分没有包层，只有纤芯，将每根输入光纤位于纤芯区的部分进行拉锥熔融后形成光纤拉锥束，该光纤拉锥束就是光纤合束部，由于进行熔融的光纤没有包层，只有纤芯，因此光纤合束部中纤芯的占空比达到100％。

本发明实施例提供的光纤合束器提高了纤芯的占空比，可以得到较高的激光光束质量。

在上述实施例的基础上，优选地，所述若干根输入光纤过渡区的光纤的包层直径逐渐减小直至为0，所述过渡区的位于所述纤芯区之前，且所述过渡区与所述纤芯区连接。

图2为本发明实施例一种光纤合束器中输入光纤的结构示意图，如图2所示，以一根输入光纤为例进行说明，201区域表示该输入光纤的过渡区，在该过渡区内，光纤的直径逐渐减小直至为0，其中，主要是过渡区内包层的直径逐渐减小并逐渐变为0，最后与纤芯区连接，202区域表示该输入光纤的纤芯区，在该纤芯区内，包层直径为0，也就是说只有纤芯没有包层。

本发明实施例中，输入光纤经过化学腐蚀、激光刻蚀、抛磨等方式的处理。光纤前端5cm为纤芯区，光纤直径等于纤芯直径。光纤前端5cm-6cm区域为过渡区，光纤直径由大变小。

在上述实施例的基础上，优选地，所述光纤合束部的输出断面用于输出激光，所述光纤合束部的输出断面通过对所述光纤合束部另一端的平坦区进行切割获得。

在上述实施例的基础上，优选地，还包括输出光纤，所述输出光纤与所述光纤合束部另一端的平坦区对准熔接。

在具体使用的过程中，既可以将光纤合束部的另一端直接用来输出激光，也可以与输出光纤直接对准熔接后，通过输出光纤输出激光。

本发明实施例提供的一种光纤合束器，提高了光纤合束器中纤芯的占空比，可以得到较高的激光光束质量，在相同拉锥比下，现有技术中的光纤合束器的输入光纤发散角放大倍率等于拉锥比例，而本发明中光纤合束器输入光纤的发散角放大倍率小于拉锥比例，由于没有包层的影响，本发明中的光纤合束器输出光纤的纤芯直径更小。

图3为本发明一实施例一种光纤合束器的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，该光纤合束器还包括套管，所述若干根输入光纤和所述光纤合束部充满所述套管内部，所述套管的折射率不大于所述若干根输入光纤包层的折射率。

图3中，301表示输入光纤，302表示输入光纤的纤芯区，303表示套管，对纤芯区内的光纤进行拉锥，得到光纤合束部，同样，套管的形状与光纤合束部的一致，并且，套管的折射率小于或等于所述光纤包层的折射率，该套管就可以起到与光纤包层相同的作用。

具体地，所述套管为玻璃石英套管。

本发明实施例提供的一种光纤合束器及其制造方法，提高了光纤合束器中纤芯的占空比，可以得到较高的激光光束质量，由于没有包层的影响，本发明中的光纤合束器输出光纤的纤芯直径更小。

图4为本发明实施例一种光纤合束器的制备方法的流程图，如图4所示，该方法包括：

S1,对所述若干根输入光纤进行处理，以使得处理后的若干根输入光纤位于所述纤芯区的光纤的包层直径为0，且处理后的若干根输入光纤位于过渡区的光纤的包层直径逐渐减小至0；

S2,对所述若干根输入光纤纤芯区的光纤进行熔融拉锥，获得所述光纤合束部。

本发明实施例对每根输入光纤进行处理，是的处理后的输入光纤位于纤芯区的部分的包层直径为0，也就是说该部分的光纤只有纤芯，没有包层。然后对每根输入光纤位于纤芯区的部分进行拉锥熔融，得到光纤合束部，由于纤芯区只有纤芯，没有包层，该光纤合束部中纤芯的占空比达到100％，通过本发明制备的光纤合束器，提高了纤芯的占空比，使得输出激光有较高的质量。

在上述实施例的基础上，优选地，对所述光纤合束部另一端的平坦区进行切割；将切割后的所述光纤合束部另一端的平坦区与输出光纤熔接。

具体地，可以对光纤合束部另一端的平坦区进行切割，使得输出激光可以直接从光纤合束部另一端的平坦区输出。

也可以选择一根光纤，将该光纤与光纤合束部另一端的平坦区连接，这根光纤就是输出光纤。

举例地，本方法实施例制备的光纤合束器的输入光纤型号为10/125光纤，纤芯直径为10um，包层直径为125um；输出光纤型号为30/250光纤，纤芯直径为30um，包层直径为250um；制作7x1光纤合束器。

图1中为7根输入光纤组成的光纤束，使用化学腐蚀、激光刻蚀等方法，处理输出光纤。处理光纤的末端直径为10um，该直径与光纤纤芯直径相同，换言之，在输入光纤501末端光纤包层都已经被腐蚀掉了，因此，包层被腐蚀掉的区域就是纤芯区。

这7根输入光纤501的纤芯区缠绕在一起，通过热源对光纤束进行拉锥加工，图5为本发明实施例制备的一种光纤合束器的结构示意图，如图5所示，通过对光纤合束部最细的地方进行切割，得到光纤合束部502。

图6为本发明实施例制备出的一种光纤合束器在图5中E处的截面示意图，如图6所示，图中每个黑色的小圆圈表示输入光纤的纤芯，从图中可以看出，这7根输入光纤在E出并没有包层，只有纤芯，且7根输入光纤还并没有完全融合，光纤与光纤之间还有缝隙。

图7为本发明实施例制备出的一种光纤合束器在图5中F处的截面示意图，如图7所示，图中黑色圆圈表示纤芯，在F出，7根输入光纤的纤芯已经完全熔融，因此，通过本方法制备出的光纤合束器纤芯占空比高达100％，从而提高了激光的输出质量。

图8为本发明又一实施例一种光纤合束器制备方法的流程图，如图8所示，该制备方法包括：

S1，对所述若干根输入光纤进行处理，以使得处理后的若干根输入光纤位于所述纤芯区的光纤的包层直径为0，且处理后的若干根输入光纤位于过渡区的光纤的包层直径逐渐减小至0；

S2，对所述套管进行处理，以使得处理后的所述套管一端的直径大于所述若干根输入光纤组成的光纤束的外切圆的直径，且处理后的所述套管另一端的直径大于所述若干根输入光纤的纤芯组成的光纤束的外切圆的直径；

S3，将所述若干根输入光纤放入所述套管内部，并对所述若干根输入光纤纤芯区的光纤进行熔融拉锥，获得所述光纤合束部。

对输入光纤的处理与上面实施例相同，详情请参考上面实施例。

本实施例中，除了对输入光纤进行处理外，还需要对管套进行处理，使得若干根输入光纤和光纤合束部都能进入管套，并且，如图3所示，管套在输入光纤那一端的直径要大于输入光纤组成光纤束外切圆的直径，管套在光纤合束部那一端的直径要大于输入光纤纤芯组成光纤束外切圆的直径，然后对输入光纤纤芯区的光纤进行熔融拉锥，得到光纤合束部。

举例地，本发明实施例所述的光纤合束器的输入光纤型号为10/125光纤，纤芯直径为10um，包层直径为125um；输出光纤型号为25/250光纤，纤芯直径为25um，包层直径为250um；制作3x1光纤合束器。

首先，使用化学腐蚀、激光刻蚀等方法，处理输入光纤。经过处理后，光纤左边的直径等于光纤包层直径，光纤右边的直径等于光纤纤芯直径，该部分称为纤芯区，光纤中间光纤包层直径逐渐减小，此部分称为为过渡区，过渡区是为了防止由于光纤直径剧烈变化，导致光纤中纤芯激光的泄露。

图9为本发明实施例制备的光纤合束器中对套管处理的示意图，如图9所示，使用氢氧焰、石墨丝、电击棒等热源对套管进行预处理。经过处理后，套管两边901的直径大于输入光纤组成光纤束的外切圆的直径，在本实施例中，直径为270um。套管中间903的直径大于输入光纤纤芯组成光纤束的外切圆的直径，在本实施例中，直径为22um。

将处理好的输入光纤和石英套管，按照如图3所示的方式组合成光纤束，然后使用氢氧焰、石墨丝、电击棒等热源对光纤束进行熔融拉锥。将处理后的光纤束在平坦区切割，并与输出光纤熔接，制作成光纤合束器。

图10为本法实施例中的光纤合束器在图3中A处的截面示意图，如图10所示，1001表示纤芯，1002表示包层，1003表示套管，从图中可以看出，A处套管内除了纤芯还有包层，并且，3个纤芯直径为10um，套管直径为270um，纤芯占空比为0.41％。

图11为本法实施例中光纤合束器在图3所示B处的截面示意图，如图11所示，1101表示纤芯，1102表示套管，从图中可以看出，B处套管内只有纤芯，虽然没有包层，但是由于没有经过熔融，纤芯与纤芯之间还存有较大的孔隙，纤芯并没有填满套管直径。

图12为本法实施例中光纤合束器在图3所示C处的截面示意图，如图12所示，1201表示纤芯，1202表示套管，从图中可以看出，C处套管内只有纤芯，虽然没有包层，但是由于没有经过熔融，纤芯与纤芯之间还存有的孔隙，与B处的截面图相比，纤芯之间的孔隙变小，但是，纤芯并没有填满套管直径。

图11和图12中光纤已经被处理到纤芯大小直径为10um，套管直径为22um，占空比提高到了61.98％。

图13为本法实施例中光纤合束器在图3所示D处的截面示意图，如图13所示，1301表示纤芯，1302表示套管，从图中可以看出，D处套管内只有纤芯，没有包层，经过熔融，拉锥后，纤芯充满了整个套管直径，纤芯在该光纤合束器的占空比达到100％。

本发明实施例提供的一种光纤合束器的制备方法，通过对输入光纤进行处理，使得输入光纤的纤芯区部分只有纤芯，没有包层，通过对纤芯区的纤芯进行拉锥熔融，使得纤芯的占空比达到100％，从而提高了激光的输出质量。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光纤合束器，其特征在于，包括：若干根输入光纤和光纤合束部，其中，所述若干根输入光纤的一端与所述光纤合束部的一端连接，所述若干根输入光纤中纤芯区的光纤的包层直径为0，所述光纤合束部是由所述若干根输入光纤中所述纤芯区的光纤经熔融拉锥后形成的光纤拉锥束。

2.根据权利要求1所述光纤合束器，其特征在于，所述若干根输入光纤过渡区的光纤的包层直径逐渐减小直至为0，所述过渡区的位于所述纤芯区之前，且所述过渡区与所述纤芯区连接。

3.根据权利要求1所述光纤合束器，其特征在于，所述光纤合束部的输出断面用于输出激光，所述光纤合束部的输出断面通过对所述光纤合束部另一端的平坦区进行切割获得。

4.根据权利要求1所述光纤合束器，其特征在于，还包括输出光纤，所述输出光纤与所述光纤合束部另一端的平坦区对准熔接。

5.根据权利要求1所述光纤合束器，其特征在于，还包括套管，所述若干根输入光纤和所述光纤合束部充满所述套管内部，所述套管的折射率不大于所述若干根输入光纤包层的折射率。

6.根据权利要求5所述光纤合束器，其特征在于，所述套管为玻璃石英套管。

7.一种根据权利要求1至4任一所述光纤合束器的制备方法，其特征在于，包括：

对所述若干根输入光纤进行处理，以使得处理后的若干根输入光纤位于所述纤芯区的光纤的包层直径为0，且处理后的若干根输入光纤位于过渡区的光纤的包层直径逐渐减小至0；

对所述若干根输入光纤纤芯区的光纤进行熔融拉锥，获得所述光纤合束部。

8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，还包括：

对所述光纤合束部另一端的平坦区进行切割；

将切割后的所述光纤合束部另一端的平坦区与输出光纤熔接。

9.一种根据权利要求5至6任一所述光纤合束器的制备方法，其特征在于，包括：

对所述若干根输入光纤进行处理，以使得处理后的若干根输入光纤位于所述纤芯区的光纤的包层直径为0，且处理后的若干根输入光纤位于过渡区的光纤的包层直径逐渐减小至0；

对所述套管进行处理，以使得处理后的所述套管一端的直径大于所述若干根输入光纤组成的光纤束的外切圆的直径，且处理后的所述套管另一端的直径大于所述若干根输入光纤的纤芯组成的光纤束的外切圆的直径；

将所述若干根输入光纤放入所述套管内部，并对所述若干根输入光纤纤芯区的光纤进行熔融拉锥，获得所述光纤合束部。

10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，还包括：

对所述光纤合束部另一端的平坦区进行切割；

将切割后的所述光纤合束部另一端的平坦区与输出光纤熔接。