CN109581592A - 光纤合束器的制备装置及制备方法 - Google Patents

光纤合束器的制备装置及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于光纤耦合技术领域，尤其涉及一种光纤合束器的制备装置，光纤合束器的制备装置包括：第一模具和第二模具，第一模具和第二模具均包括基座和与所述基座连接的锥台，所述第一模具和所述第二模具上均开设有贯穿所述基座与所述锥台的多个供泵浦光纤穿设的第一通孔，位于所述锥台的各所述第一通孔与轴向方向均形成有夹角且自所述基座至所述锥台方向呈聚拢状；光纤拉锥平台，用于对穿过所述第一模具和所述第二模具的多根所述泵浦光纤进行拉锥成型。本发明的光纤合束器的制备装置，在拉锥成型时不需打结，也省去了套热缩管和金属丝缠绕等步骤，同时保证了光纤表面洁净，减少了泵浦光的耦合损耗，能有效提高光纤合束器的制作效率及耦合效率。

Description

光纤合束器的制备装置及制备方法
技术领域
本发明属于光纤耦合技术领域，尤其涉及一种光纤合束器的制备装置及制备方法。
背景技术
高功率光纤激光器已被广泛应用于工业加工、医疗、国防军事等领域，但由于非线性效应以及热效应的限制，单根增益光纤激光功率很难获得进一步的提高。利用光纤合束器对泵浦光进行耦合，可大大提高激光器的输出功率。
光纤合束器的主要功能是对泵浦光进行耦合，从而提高激光器的输出功率，是高功率激光器的核心器件之一。合束器可分为侧面泵浦型合束器和端面泵浦型合束器，目前工业上制备高功率端泵型合束器的主要方式是熔融拉锥，拉锥的方式主要有两种：一种是光纤扭转打结法，将各输入光纤用夹具固定后再通过扭转光纤的方式将输入光纤紧密贴合，然后用高温热源对输入光纤束进行熔融拉锥，该方法对光纤打结质量要求较高，若结点不牢，在熔融拉锥时容易出现散结，若结点过紧，光纤容易断裂，而且由于光纤扭转，在光纤束中会存在扭转应力，导致微弯和宏弯损耗；另一种是直接拉锥法，其利用热缩管及细金属丝将光纤束固定，然后进行拉锥，热缩管会对光纤表面造成污染，且不易清洁，热缩管受热不均匀，收缩后易导致光纤束排列不规则。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤合束器的制备装置及制备方法，旨在解决现有技术中光纤合束器的制作效率低、良品率较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光纤合束器的制备装置，包括：
第一模具和第二模具，所述第一模具和所述第二模具均包括基座和与所述基座连接的锥台，所述第一模具和所述第二模具上均开设有贯穿所述基座与所述锥台的多个供泵浦光纤穿设的第一通孔，位于所述锥台的各所述第一通孔与轴向方向均形成有夹角且自所述基座至所述锥台方向呈聚拢状；
光纤拉锥平台，所述第一模具和所述第二模具间隔设置在所述光纤拉锥平台上且呈镜像对称设置，所述光纤拉锥平台用于对穿过所述第一模具和所述第二模具的多根所述泵浦光纤进行拉锥成型。
进一步地，所述第一模具和所述第二模具沿轴向均开设有供信号光纤穿设的第二通孔，所述第二通孔的轴向中心线与所述第一模具的轴向中心线重合，多个所述第一通孔沿所述第二通孔的圆周侧均匀布设。
进一步地，位于所述锥台的所述第一通孔与轴向方向形成的夹角等于所述锥台的锥角。
进一步地，所述第一通孔的个数大于或等于3。
进一步地，所述第一通孔的直径比所述泵浦光纤的直径大3μm至5μm。
进一步地，所述锥台的锥角在15度至30度之间。
本发明采用的另一技术方案是：一种光纤合束器的制备方法，包括以下步骤：
提供多根泵浦光纤，并剥除所述泵浦光纤的部分涂覆层，使各泵浦光纤分别形成一段裸光纤段；
将各所述泵浦光纤的两端分别穿过第一模具和第二模具的第一通孔中，使各所述裸光纤段位于所述第一模具与所述第二模具之间；
将各所述泵浦光纤的两端分别固定在所述光纤拉锥平台上，所述光纤拉锥平台施力并将所述裸光纤段拉锥形成锥形光纤；
将完成拉锥的光纤束从所述光纤拉锥平台取下，从所述锥形光纤的锥腰处切断并形成两个带有锥区的输入光纤，将带有锥区的输入光纤束与输出光纤熔接，得到光纤合束器。
进一步地，在剥除所述泵浦光纤的部分涂覆层后，使用酒精或丙酮对所述裸光纤段清洗干净。
进一步地，在剥除所述泵浦光纤的部分涂覆层后，利用超声波对所述裸光纤段清洗干净。
进一步地，所述锥形光纤的直径满足耦合条件：NAin·Din≤NAt·Dt，其中，NAin为单根泵浦光纤的裸光纤段拉锥前的数值孔径，Din为泵浦光纤的裸光纤段拉锥前的总直径，NAt为单根泵浦光纤的裸光纤段拉锥后的数值孔径，Dt为泵浦光纤的裸光纤段拉锥后的总直径。
本发明的有益效果：本发明的光纤合束器的制备装置，由于使用了具有锥台结构的模具，使光纤束能紧密规则地排列，在拉锥成型时，会使光纤束形成向中心靠拢的趋势，在高温熔融拉锥成型的锥形光纤不需打结，也省去了套热缩管和金属丝缠绕等步骤，同时保证了光纤表面洁净，减少了泵浦光的耦合损耗，能有效提高光纤合束器的制作效率及耦合效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光纤合束器的制备装置使用时的结构示意图；
图2为图1所示光纤合束器的制备装置中第一模具的立体结构示意图；
图3为泵浦光纤被剥除部分涂覆层的简易示意图；
图4为利用图1所示光纤合束器的制备装置拉锥成型时的侧视结构示意图；
图5为光纤合束器的侧视结构示意图；
图6为本发明实施例提供的光纤合束器的制备方法的流程框图。
其中，图中各附图标记：
10—第一模具 20—第二模具 110—基座
120—锥台 101—第一通孔 102—第二通孔
300—泵浦光纤 310—涂覆层 320—裸光纤段
400—信号光纤 401—光纤束腰 500—输出光纤。
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。
如图1～5所示，本发明实施例提供的光纤合束器的制备装置，包括第一模具10、第二模具20和光纤拉锥平台(图未示)，第一模具10和第二模具20结构相同且呈镜像对称地设置在光纤拉锥平台上，第一模具10和第二模具20均包括基座110和与基座110连接的锥台120，基座110与锥台120开设有多个供泵浦光纤300穿设的第一通孔101，第一模具10的各第一通孔101和第二模具20的各第一通孔101的位置一一对应，位于锥台120的各第一通孔101与轴向方向均形成有夹角，且位于锥台120的多个第一通孔101自基座110至锥台120方向呈聚拢状。光纤拉锥平台设置在第一模具10和第二模具20之间，且第一模具10和所述第二模具20以光纤拉锥平台为中心呈镜像对称布设，用于将穿过第一模具10和第二模具20的多根泵浦光纤300进行拉锥成型。
本实施例提供的光纤合束器的制备装置，由于使用了具有锥台120结构的模具，使光纤束能紧密规则地排列，在拉锥成型时，会使光纤束形成向中心靠拢的趋势，在高温熔融拉锥成型的锥形光纤不需打结，也省去了套热缩管和金属丝缠绕等步骤，同时保证了光纤表面洁净，减少了泵浦光的耦合损耗，能有效提高光纤合束器的制作效率及耦合效率。
第一模具10上的各第一通孔101的直径相等，第一通孔101用于泵浦光纤300的穿设，第一通孔101可沿锥台120的轴向中心的圆周均匀布设，可用于制备N×1型的光纤合束器。
在另一实施例中，第一模具10和第二模具20沿轴向开设有第二通孔102，即每个模具开设有一个用于信号光纤400穿过的第二通孔102和用于泵浦光纤300穿过的多个第一通孔101。第二通孔102的轴向中心线与第一模具10的轴向中心线相重合，多个第一通孔101沿第二通孔102的圆周侧均匀布设，第一模具10的各第一通孔101和第二模具20的各第一通孔101的位置一一对应，第一模具10的第二通孔102和第二模具20的第二通孔102的位置对应。
位于锥台120的每个第一通孔101的轴向中心线与第一模具10的轴向中心线分别形成有相同的夹角。优选地，位于锥台120的所述第一通孔101与轴向方向形成的夹角等于锥台120的锥角β。
第一通孔101的直径设置为与各第二通孔102的直径大致相等。第一通孔101的数量设置为大于或等于3个，例如设置为3个、4个、6个、7个或8个等，利用本实施例提供的光纤合束器的制备装置可对3×1型、4×1型、(6+1)×1型、7×1型等光纤合束器的输入光纤进行规则排列和固定，拉锥的过程中，周侧的多根输入光纤向中心靠拢，其拉锥成型效果好，制备的光纤合束器的质量高。也就是说，本实施例提供的光纤合束器的制备装置能制备N×1型和(N+1)×1型的光纤合束器。
第一通孔101的直径可设置为比泵浦光纤300的直径大3μm至5μm，使泵浦光纤300易穿过。
在本实施例中，锥台120的锥角β在15度至30度之间。基座110等径设置且横截面呈圆形，基座110一端的面积等于锥台120一端端面的面积，基座110整体呈饼状，锥台120可以是圆锥台120。基座110或锥台120上可设置便于光纤拉锥平台固定的连接部；基座110可滑动设置在纤拉锥平台上，以使在外力驱动时第一模具10和第二模具20能在纤拉锥平台上滑动，进而能够进行拉锥成型的操作。
本发明实施例提供的光纤合束器的制备方法，如图1至图6所示，包括以下步骤：
S100：提供多根泵浦光纤300，并剥除泵浦光纤300的部分涂覆层310，使各泵浦光纤300分别形成一段裸光纤段321。
S200：将各泵浦光纤300的两端分别穿过第一模具10和第二模具20的对应的第一通孔中，使各裸光纤段321位于第一模具10与所述第二模具20之间。当制备(N+1)×1型光纤合束器时，还要将根信号光纤400的两端分别穿过第一模具10和第二模具20的对应的第二通孔102中。
S300：将各泵浦光纤300的两端分别固定在光纤拉锥平台上，光纤拉锥平台施力并将裸光纤段321拉锥形成锥形光纤。
S400：将完成拉锥的光纤束从光纤拉锥平台取下，然后从锥形光纤的锥腰处切断并形成两个带有锥区的输入光纤，如图5所示，将带有锥区的输入光纤束的较小端(图5中的光纤束腰401)与输出光纤500熔接，得到光纤合束器。
在步骤S100中，剥除泵浦光纤300的部分涂覆层310之后，可通过酒精或丙酮对裸光纤段321清洗干净，也可通过超声波对裸光纤段321清洗干净。
在步骤S300中，在裸光纤段321进行拉锥的过程中，对裸光纤段321进行加热，例如，用氢氧火焰对裸光纤段321进行加热。光纤拉锥平台施力将裸光纤段321拉锥形成的锥形光纤时，锥形光纤的直径满足以下耦合条件：NAin·Din≤NAt·Dt，其中，NAin为单根泵浦光纤300的裸光纤段321拉锥前的数值孔径，Din为泵浦光纤300的裸光纤段321拉锥前的总直径，NAt为单根泵浦光纤300的裸光纤段321拉锥后的数值孔径，Dt为泵浦光纤300的裸光纤段321拉锥后(光纤束腰401)的总直径。
以下以制备(6+1)×1型光纤合束器为例对制备过程进行描述：：将6根泵浦光纤300和1根信号光纤400中间对应的位置剥除涂覆层310，再将6根泵浦光纤300穿过第一模具10和第二模具20的各第二通孔102，将信号光纤400穿过第一模具10和第二模具20中间的第一通孔101，然后用酒精将各泵浦光纤300合信号光纤400的裸光纤段321擦拭干净，然后用光纤切割刀对拉锥成型后的锥形光纤从锥腰处切断，从光纤拉锥平台取下后将光纤束腰401与输出光纤500进行熔接，即制得(6+1)×1型的光纤合束器。
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 (10)

1.一种光纤合束器的制备装置，其特征在于：包括：
第一模具和第二模具，所述第一模具和所述第二模具均包括基座和与所述基座连接的锥台，所述第一模具和所述第二模具上均开设有贯穿所述基座与所述锥台的多个供泵浦光纤穿设的第一通孔，位于所述锥台的各所述第一通孔与轴向方向均形成有夹角且自所述基座至所述锥台方向呈聚拢状；
光纤拉锥平台，设于所述第一模具和所述第二模具之间，且所述第一模具和所述第二模具以所述光纤拉锥平台为中心呈镜像对称布设，所述光纤拉锥平台用于对穿过所述第一模具和所述第二模具的多根所述泵浦光纤进行拉锥成型。
2.根据权利要求1所述的光纤合束器的制备装置，其特征在于：所述第一模具和所述第二模具沿轴向均开设有供信号光纤穿设的第二通孔，所述第二通孔的轴向中心线与所述第一模具的轴向中心线重合，多个所述第一通孔沿所述第二通孔的圆周侧均匀布设。
3.根据权利要求1所述的光纤合束器的制备装置，其特征在于：位于所述锥台的所述第一通孔与轴向方向形成的夹角等于所述锥台的锥角。
4.根据权利要求1所述的光纤合束器的制备装置，其特征在于：所述第一通孔的个数大于或等于3。
5.根据权利要求1所述的光纤合束器的制备装置，其特征在于：所述第一通孔的直径比所述泵浦光纤的直径大3μm至5μm。
6.根据权利要求1所述的光纤合束器的制备装置，其特征在于：所述锥台的锥角在15度至30度之间。
7.一种利用权利要求1至6任一项所述的光纤合束器的制备装置制备光纤合束器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
提供多根泵浦光纤，并剥除所述泵浦光纤的部分涂覆层，使各泵浦光纤分别形成一段裸光纤段；
将各所述泵浦光纤的两端分别穿过第一模具和第二模具的第一通孔中，使各所述裸光纤段位于所述第一模具与所述第二模具之间；
将各所述泵浦光纤的两端分别固定在所述光纤拉锥平台上，所述光纤拉锥平台施力并将所述裸光纤段拉锥形成锥形光纤；
将完成拉锥的光纤束从所述光纤拉锥平台取下，从所述锥形光纤的锥腰处切断并形成两个带有锥区的输入光纤，将带有锥区的输入光纤束与输出光纤熔接，得到光纤合束器。
8.根据权利要求7所述的光纤合束器的制备方法，其特征在于：在剥除所述泵浦光纤的部分涂覆层后，使用酒精或丙酮对所述裸光纤段清洗干净。
9.根据权利要求7所述的光纤合束器的制备方法，其特征在于：在剥除所述泵浦光纤的部分涂覆层后，利用超声波对所述裸光纤段清洗干净。
10.根据权利要求7所述的光纤合束器的制备方法，其特征在于：所述锥形光纤的直径满足耦合条件：NAin·Din≤NAt·Dt，其中，NAin为单根泵浦光纤的裸光纤段拉锥前的数值孔径，Din为泵浦光纤的裸光纤段拉锥前的总直径，NAt为单根泵浦光纤的裸光纤段拉锥后的数值孔径，Dt为泵浦光纤的裸光纤段拉锥后的总直径。
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