CN109494554A - 一种中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器 - Google Patents

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Abstract

一种中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器。其包括双包层光纤和至少一条泵浦输入光纤；泵浦输入光纤利用火焰或者石墨丝加热方式进行拉锥；双包层光纤在内包层做刻蚀或者研磨，在结合区处的内包层边缘沿径向凹陷而形成有至少一个缺口，由此使结合区处的横截面呈多边形；每根拉锥后的泵浦输入光纤利用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式结合在双包层光纤上结合区处的一个缺口内。本发明优点：制作工艺简单，可以在双包层光纤的内包层不同部位设置与不同规格的泵浦输入光纤相匹配的圆形或者锯齿形缺口，以制成多种不同规格合束器。本合束器的泵浦输入光纤可以支持793nm、976mm、1150nm或者1550nm激光的传输。

Description

一种中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，尤其涉及一种中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器。
背景技术
中红外波段的激光在国防、医疗、通信领域有着特殊的重要应用。由于大于2μm的激光在硅基光纤中存在着强烈的共振吸收，现阶段能够支持中红外波段光纤激光的产生和低损耗传输的光纤主要有氟化物光纤、碲化物光纤或硫化物光纤。以这几种材料为基质的光纤在2—5μm波段都具有较低的声子能量，对稀土离子具有较好的溶解性，而且它们的折射率都较高。目前，3μm左右的ZBLAN中红外光纤激光器正在快速发展，相信不久之后将能达到百瓦量级，尤其是级联掺Er3+光纤激光器因其较低的掺杂浓度和温度而最具前景，另外掺Ho3+光纤激光器也具有较好的应用前景。但是受限于非石英材料的软玻璃光纤的物理特性，尚缺乏该种光纤的一系列关键光纤器件(如光纤光栅、合束器、准直器)和核心技术。
现有的中红外波段合束器，如中国发明专利申请第201610786137.3号中公开的中红外波段光纤抽运/信号合束器为端面泵浦结构，该结构需要对信号光纤进行拉锥，增加了信号光的损耗，另外，当信号光纤与输出光纤为同种光纤时，使用该结构无法制作合束器，而且该合束器不存在反向隔离效果；中国发明专利申请第201610786021.X号中公开的侧面抽运的中红外波段光纤抽运信号合束器，该发明将泵浦光纤拉锥后贴附到信号光纤上，未对信号光纤进行处理，因此不利于提高耦合效率；论文“Fluoride-fiber-based side-pumpcoupler for high-power fiber lasers at 2.8μm,Opt.Lett.43(10),pp.2040-2043(2018)”中报道了一种基于氟化物光纤的侧面泵浦光纤合束器，然而与申请号为201610786021.X的侧面抽运的中红外波段光纤抽运信号合束器一样，同样只是对泵浦光纤进行打磨处理成锥状，然后贴附到信号光纤上，未对信号光纤进行处理，不利于提升耦合效率，同时泵浦光纤采用了氟化物光纤，而商用的光纤耦合半导体泵浦源均采用的是石英光纤，石英光纤与氟化物光纤的熔接非常困难。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种信号光损耗低、泵浦光耦合效率高的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器。
为了达到上述目的，所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器包括作为信号光纤的双包层光纤和至少一条泵浦输入光纤；所述的双包层光纤由纤芯、内包层和外包层构成；将双包层光纤上与泵浦输入光纤结合处的外包层剥离后使该处的内包层裸露而形成结合区，并将结合区处的内包层做刻蚀或者研磨，使结合区处的内包层边缘沿径向凹陷而形成至少一个缺口，由此使结合区处的横截面呈多边形；泵浦输入光纤利用火焰或者石墨丝加热的方式进行拉锥；每根拉锥后的泵浦输入光纤利用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式结合在双包层光纤上结合区处的一个缺口内。
所述的结合区处内包层上的缺口横截面呈圆形或者锯齿形。
所述的双包层光纤为非掺杂双包层氟化物光纤，纤芯、内包层和外包层均采用氟化物玻璃材料；双包层光纤的纤芯数值孔径在0.15—0.35之间,内包层和外包层的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯的直径范围为2.5—30μm,外包层的直径范围为125—600μm,内包层的直径范围为100—300μm。
所述的双包层光纤为非掺杂双包层碲化物光纤：纤芯、内包层和外包层均采用碲化物玻璃材料；双包层光纤的纤芯数值孔径在0.15—0.35之间,内包层和外包层的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯的直径范围为2.5—30μm,外包层的直径范围为125—600μm,内包层的直径范围为100—300μm。
所述的双包层光纤为非掺杂双包层硫化物光纤：纤芯、内包层和外包层均采用硫化物玻璃材料；双包层光纤的纤芯数值孔径在0.15—0.35之间,内包层和外包层的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯的直径范围为2.5—30μm,外包层的直径范围为125—600μm,内包层的直径范围为100—300μm。
所述的泵浦输入光纤为多模石英光纤。
所述的泵浦输入光纤的数量为一根、三根或六根；当采用多根时，所有泵浦输入光纤在双包层光纤的结合区上间隔分布。
本发明提供的中红外波段光纤抽运信号合束器具有如下优点：
制作工艺简单，可以在双包层光纤的内包层不同部位设置与不同规格的泵浦输入光纤相匹配的圆形或者锯齿形缺口，以制成多种不同规格合束器。本合束器的泵浦输入光纤可以支持793nm、976mm、1150nm或者1550nm激光的传输。
对泵浦输入光纤进行了拉锥处理，同时对双包层光纤进行了处理，加大了泵浦输入光纤和双包层光纤的接触面积和深度以及在接触面的作用距离，更易于实现高效率耦合。
双包层光纤与泵浦输入光纤的结合未对双包层光纤的纤芯引入任何形变，并提供了良好的反向隔离性能，可减少信号插损。
泵浦输入光纤采用与商用半导体泵浦源输出光纤相匹配的石英光纤，可实现全光纤熔接。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器纵向结构剖视图。
图2为图1中A—A向剖视图。
图3为本发明实施例2提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器结合区处纵向结构剖视图。
图4为本发明实施例3提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器结合区处纵向结构剖视图。
图5为本发明实施例4提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器结合区处纵向结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器包括作为信号光纤的双包层光纤8和至少一条泵浦输入光纤18；所述的双包层光纤8由纤芯12、内包层14和外包层10构成；将双包层光纤8上与泵浦输入光纤18结合处的外包层10剥离后使该处的内包层141裸露而形成结合区26，并将结合区26处的内包层141做刻蚀或者研磨，使结合区26处的内包层141边缘沿径向凹陷而形成至少一个缺口，由此使结合区26处的横截面呈多边形；泵浦输入光纤18利用火焰或者石墨丝加热的方式进行拉锥；每根拉锥后的泵浦输入光纤18利用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式结合在双包层光纤8上结合区26处的一个缺口内。
所述的双包层光纤8为非掺杂双包层氟化物光纤，纤芯12、内包层14和外包层10均采用氟化物玻璃材料；双包层光纤8的纤芯12数值孔径在0.15—0.35之间,内包层14和外包层10的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯12的直径范围为2.5—30μm,外包层10的直径范围为125—600μm,内包层14的直径范围为100—300μm。
所述的双包层光纤8为非掺杂双包层碲化物光纤：纤芯12、内包层14和外包层10均采用碲化物玻璃材料；双包层光纤8的纤芯12数值孔径在0.15—0.35之间,内包层14和外包层10的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯12的直径范围为2.5—30μm,外包层10的直径范围为125—600μm,内包层14的直径范围为100—300μm。
所述的双包层光纤8为非掺杂双包层硫化物光纤：纤芯12、内包层14和外包层10均采用硫化物玻璃材料；双包层光纤8的纤芯12数值孔径在0.15—0.35之间,内包层14和外包层10的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯12的直径范围为2.5—30μm,外包层10的直径范围为125—600μm,内包层14的直径范围为100—300μm。
所述的泵浦输入光纤18为多模石英光纤。
如图2所示，双包层光纤8上结合区26处的内包层141横截面为带有三个锯齿形缺口的多边形。将双包层光纤8上内包层141的边缘沿径向刻蚀或者研磨出三个锯齿形的缺口，长度为L，深度为H，将三根泵浦输入光纤18利用火焰或者石墨丝加热的方式进行拉锥，拉锥长度为2L，其中腰区长度为L，然后用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式将一根拉锥后的泵浦输入光纤18的腰区部位与双包层光纤8上的一个锯齿形缺口结合在一起，即可制成(3+1)×1光纤合束器。工作时，泵浦输入光纤18中的泵浦光通过拉锥后的腰区逐渐耦合进入双包层光纤8上结合区26处的内包层141。
实施例2：
如图3所示，本实施例提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器的双包层光纤8上结合区26处的内包层141横截面为带有三个圆形缺口的多边形。将双包层光纤8上内包层141的边缘沿径向刻蚀或者研磨出三个圆形的缺口，长度为L，深度为H，将三根泵浦输入光纤18利用火焰或者石墨丝加热的方式进行拉锥，拉锥长度为2L，其中腰区长度为L，然后用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式将一根拉锥后的泵浦输入光纤18的腰区部位与双包层光纤8上的一个圆形缺口结合在一起，即可制成(3+1)×1光纤合束器。工作时，泵浦输入光纤18中的泵浦光通过拉锥后的腰区逐渐耦合进入双包层光纤8上结合区26处的内包层141。
实施例3：
如图4所示，本实施例提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器的双包层光纤8上结合区26处的内包层141横截面为带有六个锯齿形缺口的多边形。将双包层光纤8上内包层141的边缘沿径向等间距刻蚀或者研磨出六个锯齿形的缺口，长度为L，深度为H，将六根泵浦输入光纤18利用火焰或者石墨丝加热的方式进行拉锥，拉锥长度为2L，其中腰区长度为L，然后用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式将一根拉锥后的泵浦输入光纤18的腰区部位与双包层光纤8上的一个锯齿形缺口结合在一起，即可制成(6+1)×1光纤合束器。工作时，泵浦输入光纤18中的泵浦光通过拉锥后的腰区逐渐耦合进入双包层光纤8上结合区26处的内包层141。
实施例4：
如图5所示，本实施例提供的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器的双包层光纤8上结合区26处的内包层141横截面为带有六个圆形缺口的多边形。将双包层光纤8上内包层141的边缘沿径向等间距刻蚀或者研磨出六个圆形的缺口，长度为L，深度为H，将六根泵浦输入光纤18利用火焰或者石墨丝加热的方式进行拉锥，拉锥长度为2L，其中腰区长度为L，然后用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式将一根拉锥后的泵浦输入光纤18的腰区部位与双包层光纤8上的一个圆形缺口结合在一起，即可制成(6+1)×1光纤合束器。工作时，泵浦输入光纤18中的泵浦光通过拉锥后的腰区逐渐耦合进入双包层光纤8上结合区26处的内包层141。
本发明可以由N根泵浦输入光纤18从侧面与双包层光纤8结合，制作成(N+1)×1光纤合束器。还可以在双包层光纤8上结合区26处的内包层141的不同位置上设置与不同规格的泵浦输入光纤18匹配的缺口。
本发明实现了将泵浦光从侧面耦合进入双包层光纤8的内包层14，并且不会损伤双包层光纤8的纤芯12，稳定性好，具有反向隔离等优点。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员可以做出多种变更或者变化，这些变更或者变化都应涵盖在本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器，其特征在于：所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器包括作为信号光纤的双包层光纤(8)和至少一条泵浦输入光纤(18)；所述的双包层光纤(8)由纤芯(12)、内包层(14)和外包层(10)构成；将双包层光纤(8)上与泵浦输入光纤(18)结合处的外包层(10)剥离后使该处的内包层(141)裸露而形成结合区(26)，并将结合区(26)处的内包层(141)做刻蚀或者研磨，使结合区(26)处的内包层(141)边缘沿径向凹陷而形成至少一个缺口，由此使结合区(26)处的横截面呈多边形；泵浦输入光纤(18)利用火焰或者石墨丝加热的方式进行拉锥；每根拉锥后的泵浦输入光纤(18)利用折射率匹配胶或者火焰烧结的方式结合在双包层光纤(8)上结合区(26)处的一个缺口内。
2.根据权利要求1所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器，其特征在于：所述的结合区(26)处内包层(141)上的缺口横截面呈圆形或者锯齿形。
3.根据权利要求1所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器，其特征在于：所述的双包层光纤(8)为非掺杂双包层氟化物光纤，纤芯(12)、内包层(14)和外包层(10)均采用氟化物玻璃材料；双包层光纤(8)的纤芯(12)数值孔径在0.15—0.35之间,内包层(14)和外包层(10)的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯(12)的直径范围为2.5—30μm,外包层(10)的直径范围为125—600μm,内包层(14)的直径范围为100—300μm。
4.根据权利要求1所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器，其特征在于：所述的双包层光纤(8)为非掺杂双包层碲化物光纤：纤芯(12)、内包层(14)和外包层(10)均采用碲化物玻璃材料；双包层光纤(8)的纤芯(12)数值孔径在0.15—0.35之间,内包层(14)和外包层(10)的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯(12)的直径范围为2.5—30μm,外包层(10)的直径范围为125—600μm,内包层(14)的直径范围为100—300μm。
5.根据权利要求1所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器，其特征在于：所述的双包层光纤(8)为非掺杂双包层硫化物光纤：纤芯(12)、内包层(14)和外包层(10)均采用硫化物玻璃材料；双包层光纤(8)的纤芯(12)数值孔径在0.15—0.35之间,内包层(14)和外包层(10)的数值孔径在0.4—0.7之间；纤芯(12)的直径范围为2.5—30μm,外包层(10)的直径范围为125—600μm,内包层(14)的直径范围为100—300μm。
6.根据权利要求1所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器，其特征在于：所述的泵浦输入光纤(18)为多模石英光纤。
7.根据权利要求1所述的中红外波段侧面泵浦光纤抽运信号合束器，其特征在于：所述的泵浦输入光纤(18)的数量为一根、三根或六根；当采用多根时，所有泵浦输入光纤(18)在双包层光纤(8)的结合区(26)上间隔分布。
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