CN111769430A - 一种光纤模场匹配装置及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光纤激光器领域，具体涉及一种光纤模场匹配装置及其制作方法；所述光纤模场匹配装置包括第一光纤、具有与第一光纤不同芯径的第二光纤以及封装外壳，所述第一光纤和第二光纤连接并形成拉锥熔接段，所述第一光纤、第二光纤以及拉锥熔接段均设置在封装壳体内腔中；与现有技术相比，本发明通过拉锥熔接工艺连接第一光纤与第二光纤，使得第一光纤与第二光纤之间形成过渡的拉锥熔接段，使得传输光纤直径逐步增大，以便于更加均匀地填充第二光纤的模式，进而提高第二光纤中的光束质量，进而实现高光束质量地激光输出，进一步地，对第二光纤的包层进行腐蚀，使得第二光纤的包层光能够充分泄漏，进一步提高信号激光的光束质量。

Description

一种光纤模场匹配装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，具体涉及一种光纤模场匹配装置及其制作方法。
背景技术
光纤激光器是采用掺杂稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，具有转换效率高，光束质量好，结构简单，维护方便，高可靠性和长寿命等突出优点，在激光通讯，传感，医疗，科研，工业制造和国防安全等领域有着重要的应用价值；随着高亮度泵浦激光技术和包层泵浦技术不断突破，光纤激光器输出功率逐渐提升；在现有光纤激光技术中，受限于单谐振腔受激拉曼散射效应和模式不稳定性等不良因素影响，采用单谐振腔结构光纤激光器输出功率较难进一步提升；为了获得高光束质量和更高功率输出，常采用谐振腔和放大结构组合方式。
但是，在采用谐振腔和放大结构组合时，谐振腔与放大器光路之间就会面临不同芯径光纤熔接问题，由于较大芯径光纤与较小芯径光纤之间的模场直径差异较大，直接熔接容易引起模场失配，进而导致激光泄漏，光斑分化、畸变、偏心等问题，从而影响光纤激光器的模式特性和光束质量，对光纤激光器系统和性能都具有较大影响。
因此，设计一种可以改善不同芯径光纤在直接熔接时容易模场失配，引起激光泄漏，光斑分化、畸变以及偏向等问题的光纤模场匹配装置，对于本领域来说，是至关重要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光纤模场匹配装置及其制作方法，克服了在大芯径光纤与小芯径光纤直接熔接时引起模场失配，导致激光泄漏，光斑分化、畸变、偏心的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光纤模场匹配装置，其优选方案在于：所述光纤模场匹配装置包括第一光纤、具有与第一光纤不同芯径的第二光纤以及封装外壳，所述第一光纤和第二光纤连接并形成拉锥熔接段，所述第一光纤、第二光纤以及拉锥熔接段均设置在封装壳体内腔中。
其中，较佳方案为所述第二光纤设置有裸纤段，所述裸纤段通过拉锥熔接段与第一光纤连接。
其中，较佳方案为所述光纤模场匹配装置还设置有玻璃管，所述玻璃管设置在封装外壳内，所述第一光纤、拉锥熔接段以及第二光纤均设置在玻璃管内。
其中，较佳方案为所述第一光纤与玻璃管之间设置有第一玻璃环，所述第二光纤与玻璃管之间设置有第二玻璃环。
其中，较佳方案为所述第一光纤与所述第一玻璃环之间、所述第二光纤与所述第二玻璃环之间、所述第一玻璃环与玻璃管之间以及所述第二玻璃环与玻璃管之间均设置有用于固定的紫外胶水。
其中，较佳方案为所述玻璃管的两端与封装外壳之间设置有金属环。
其中，较佳方案为所述玻璃管与金属环之间设置有用于固定的紫外胶水，所述金属环与封装外壳之间设置有用于固定的紫外胶水。
其中，较佳方案为所述封装外壳表面相对于裸纤段位置开设有至少一个用于探测、提取激光信号的小孔。
其中，较佳方案为所述封装外壳为黑色材质且具有高导热性能的金属件。
为解决现有技术存在的问题，本发明还提供一种光纤模场匹配装置的制作方法，其优选方案在于，所述制作方法用于制作如上所述的光纤模场匹配装置，具体包括以下步骤：
采用拉锥熔接工艺将第一光纤与第二光纤连接，并形成拉锥熔接段；
采用化学腐蚀液法，对第二光纤的部分区域进行腐蚀，并形成裸纤段；
将第一光纤、拉锥熔接段以及裸纤段放置在玻璃管内，且在第一光纤与玻璃管之间、裸纤段与玻璃管之间设置玻璃环；
将玻璃管放置在封装外壳内，且在玻璃管两端与封装外壳之间设置金属环，已获取光纤模场匹配装置。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过拉锥熔接工艺连接第一光纤与第二光纤，使得第一光纤与第二光纤之间形成过渡的拉锥熔接段，使得传输光纤直径逐步增大，以便于更加均匀地填充第二光纤的模式，进而提高第二光纤中的光束质量，进而实现高光束质量地激光输出，进一步地，对第二光纤的包层进行腐蚀，使得第二光纤的包层光能够充分泄漏，进一步提高信号激光的光束质量。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明中的一种光纤模场匹配装置的结构示意图；
图2是本发明中的封装外壳的结构示意图；
图3是本发明中的一种光纤模场匹配装置的侧面示意图；
图4是本发明中的一种光纤模场匹配装置的整体结构图；
图5是本发明中的一种光纤模场匹配装置的制作方法的流程图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种光纤模场匹配装置的最佳实施例。
一种光纤模场匹配装置，参考图1，所述光纤模场匹配装置包括第一光纤100、具有与第一光纤100不同芯径的第二光纤200以及封装外壳400，所述第一光纤100和第二光纤200连接并形成拉锥熔接段300，所述第一光纤100、第二光纤200以及拉锥熔接段300均设置在封装壳体400内腔中。
进一步地，所述光纤模场匹配装置还设置有玻璃管500，所述玻璃管500设置在封装外壳400内，所述第一光纤100、拉锥熔接段300以及第二光纤200均设置在玻璃管500内。
具体的，当较大芯径光纤与较小芯径光纤之间的模场直径差异较大时，直接熔接容易引起模场失配，进而导致激光泄漏，光斑分化、畸变以及偏心，从而影响光纤激光器的模式特性和光束质量，对光纤激光器系统以及其性能都会产生较大影响，因此，本发明利用拉锥熔接工艺获取一个拉锥熔接段300来连接第一光纤100与第二光纤200，使得传输光纤的直径逐步增大，使得输出光束慢慢得到扩展，以便于更加均匀地填充所述第二光纤200的模式，有效地防止了第一光纤100与第二光纤200模场失配，从而提高了第二光纤中的光束质量，实现高光束质量的激光信号输出。
进一步地，所述第二光纤200设置有裸纤段210，所述裸纤段210通过拉锥熔接工艺与第一光纤100连接并形成拉锥熔接段300。
具体的，通过对第二光纤200与拉锥熔接段300之间的一段的包层进行腐蚀，可使得第二光纤200中的包层光能够充分泄漏，极大地提高了第二光纤200中的激光光束质量。
进一步地，所述第一光纤100与玻璃管500之间设置有第一玻璃环610，所述第二光纤200与玻璃管500之间设置有第二玻璃环620。
具体的，通过在所述第一光纤100与玻璃管500之间设置第一玻璃环610，以及在所述第二光纤200与玻璃管500之间设置第二玻璃环620，使得光纤与玻璃管500之间形成台阶面，避免了拉锥熔接段300与玻璃管500之间、第一光纤100与玻璃管500之间以及第二光纤200与玻璃管500之间的直接接触，主要是防止拉锥熔接段300以及第二光纤200的裸纤段210与玻璃管500直接接触，进而避免因光纤温度较高而导致激光系统被烧毁的风险。
进一步地，所述第一光纤100与所述第一玻璃环610之间、所述第二光纤200与所述第二玻璃环620之间、所述第一玻璃环610与玻璃管500之间以及所述第二玻璃环620与玻璃管500之间均设置有用于固定的紫外胶水。
其中，紫外胶(Ultraviolet Rays)，即紫外线固化UV胶、光敏胶、无影胶；紫外线(UV)是肉眼看不见的，是可见光以外的一段电磁辐射，波长在10～400nm的范围；UV胶又称无影胶、光敏胶、紫外光固化胶，它是指必须通过紫外线光照射才能固化的一类胶粘剂，它可以作为粘接剂使用，也可作为油漆、涂料、油墨等的胶料使用；UV胶固化原理是UV固化材料中的光引发剂(或光敏剂)在紫外线的照射下吸收紫外光后产生活性自由基或阳离子，引发单体聚合、交联和接支化学反应，使粘合剂在数秒钟内由液态转化为固态；UV固化胶粘剂是由基础树脂，活性单体，光引发剂等主成分配以稳定剂交联剂、偶连剂等助剂组成。其在适当波长的UV光照射下，光引发剂迅速生自由剂或离子，进而引发基础树脂和活性单体聚合交联成网络结构，从而达到粘接材料的粘接。
进一步地，所述玻璃管500的两端与封装外壳400之间设置有第一金属环710和第二金属环720，其目的也是防止拉锥熔接段300以及第二光纤200的裸纤段210与玻璃管500直接接触，进而避免因光纤温度较高而导致激光系统被烧毁的风险。
进一步地，所述玻璃管500与第一金属环710之间、所述玻璃管500与第二金属环720之间均设置有用于固定的紫外胶水，所述第一金属环710与封装外壳400之间、所述第二金属环720与封装外壳400之间均设置有用于固定的紫外胶水。
进一步地，所述封装外壳400为黑色材质且具有高导热性能的金属件。
具体的，采用黑色材质金属封装结构能够快速充分吸收第二光纤200写漏的包层光，并经过导热材料传递至冷水装置。
进一步地，并参考图2，所述封装外壳400表面相对于裸纤段210位置开设有至少一个用于探测、提取激光信号的小孔A，在本实施例中，所述小孔A开设在封装外壳400的顶面。
进一步地，并参考图2，所述封装外壳400顶面还设置有螺孔B，用于固定该光纤模场匹配装置。
如图3所示，本发明提供一种光纤模场匹配装置的侧面示意图。
如图4所示，本发明提供一种光纤模场匹配装置的整体结构图。
如图5所示，本发明提供一种光纤模场匹配装置的制作方法的最佳实施例。
一种光纤模场匹配装置的制作方法，参考图5，所述制作方法用于制作如上所述的光纤模场匹配装置，具体包括以下步骤：
S1:采用拉锥熔接工艺将第一光纤与第二光纤连接，并形成拉锥熔接段；
S2:采用化学腐蚀液法，对第二光纤的部分区域进行腐蚀，并形成裸纤段；
S3:将第一光纤、拉锥熔接段以及裸纤段放置在玻璃管内，且在第一光纤与玻璃管之间、裸纤段与玻璃管之间设置玻璃环；
S4:将玻璃管放置在封装外壳内，且在玻璃管两端与封装外壳之间设置金属环，已获取光纤模场匹配装置。
通过所述方法设计出该光纤模场匹配装置，该装置不仅结构简单，集成度高，而且能够有效地避免温升过快，防止器件烧毁，长时间可靠运行，实现高光束质量输出的同时极大地提高了激光系统的稳定性和可靠性，可广泛应用于高功率光纤激光器及光纤放大器系统中。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (10)

1.一种光纤模场匹配装置，其特征在于：所述光纤模场匹配装置包括第一光纤、具有与第一光纤不同芯径的第二光纤以及封装外壳，所述第一光纤和第二光纤连接并形成拉锥熔接段，所述第一光纤、第二光纤以及拉锥熔接段均设置在封装壳体内腔中。
2.根据权利要求1所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述第二光纤设置有裸纤段，所述裸纤段通过拉锥熔接段与第一光纤连接。
3.根据权利要求1所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述光纤模场匹配装置还设置有玻璃管，所述玻璃管设置在封装外壳内，所述第一光纤、拉锥熔接段以及第二光纤均设置在玻璃管内。
4.根据权利要求3所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述第一光纤与玻璃管之间设置有第一玻璃环，所述第二光纤与玻璃管之间设置有第二玻璃环。
5.根据权利要求4所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述第一光纤与所述第一玻璃环之间、所述第二光纤与所述第二玻璃环之间、所述第一玻璃环与玻璃管之间以及所述第二玻璃环与玻璃管之间均设置有用于固定的紫外胶水。
6.根据权利要求3所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述玻璃管的两端与封装外壳之间设置有金属环。
7.根据权利要求6所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述玻璃管与金属环之间设置有用于固定的紫外胶水，所述金属环与封装外壳之间设置有用于固定的紫外胶水。
8.根据权利要求2所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述封装外壳表面相对于裸纤段位置开设有至少一个用于探测、提取激光信号的小孔。
9.根据权利要求1所述的光纤模场匹配装置，其特征在于：所述封装外壳为黑色材质且具有高导热性能的金属件。
10.一种光纤模场匹配装置的制作方法，其特征在于，所述制作方法用于制作如权利要求1-9任一所述的光纤模场匹配装置，具体包括以下步骤：
采用拉锥熔接工艺将第一光纤与第二光纤连接，并形成拉锥熔接段；
采用化学腐蚀液法，对第二光纤的部分区域进行腐蚀，并形成裸纤段；
将第一光纤、拉锥熔接段以及裸纤段放置在玻璃管内，且在第一光纤与玻璃管之间、裸纤段与玻璃管之间设置玻璃环；
将玻璃管放置在封装外壳内，且在玻璃管两端与封装外壳之间设置金属环，已获取光纤模场匹配装置。
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