CN113917608A - 一种光纤反向合束器及其制备方法 - Google Patents

一种光纤反向合束器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光纤反向合束器，其特征在于，由位于中间的一根石英毛细管以及围绕该石英毛细管的多根泵浦光纤扭转打结而成光纤束，石英毛细管内穿设有包层直径预处理后的激光输出光纤，激光输出光纤与光纤束耦合，耦合有激光输出光纤的光纤束熔接激光输入光纤。本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的光纤反向合束器的制作方法。本发明可实现：激光低插损输出；激光光斑高质量、低劣化输出；更高的回返光耐受。本发明可根据实际使用需求灵活调整输入与输出光纤、泵浦光纤类型，光学适应面宽。

Description

一种光纤反向合束器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光纤反向合束器及该光纤反向合束器的制备方法。
背景技术
随着光纤激光器应用的普及与发展，对于激光器的输出功率与光束质量提出了更高的要求。在全光纤结构的光纤激光器中，除了双包层增益光纤和高亮度泵浦源之外，泵浦信号合束器也是光纤激光器的核心元器件之一，它能承受的功率直接影响着单根光纤激光器最终的输出功率。
合束器顾名思义多根合而为一，当前主流的合数方案主要分为扭转打结法以及套管拉锥法：
扭转打结法是制作合束器的主流方法，具有操作相对简单、光纤排列标准等优点。但其缺点也较为明显，制作中光纤束应力不均匀出现光纤弯曲挤压，额外引入损耗，导致激光光束质量劣化；针对此问题专利CN103336333A提出了一种无需扭转打结的套管方案，将光纤与套管熔接后采用泵浦侧面泵浦耦合的方式，该方案结构与工艺均较为复杂，且泵浦透过率较低，整体应用功率水平较低。除此之外，传统扭转打结方式仅适用于激光输入芯径小于激光输出芯径的传输方式，且所有光纤都需要提前进行拉锥或腐蚀处理，工艺复杂。
套管拉锥法由于不需要扭转打结，操作工艺简便，切割简便。但由于锥区外覆套管，导致锥区直径增大，增加熔接难度。
发明内容
本发明的目的是：同时实现高效泵浦光合束和激光低损耗输出。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种光纤反向合束器，其特征在于，由位于中间的一根石英毛细管以及围绕该石英毛细管的多根泵浦光纤扭转打结而成光纤束，石英毛细管内穿设有包层直径预处理后的激光输出光纤，激光输出光纤与光纤束耦合，耦合有激光输出光纤的光纤束熔接激光输入光纤。
优选地，所述石英毛细管外径等于所述泵浦光纤包层直径。
优选地，所述耦合有激光输出光纤的光纤束采用密堆积结构。
优选地，所述激光输入光纤纤芯直径不大于所述激光输出光纤纤芯直径。
优选地，所述激光输入光纤纤芯数值孔径NA1小于等于所述激光输出光纤纤芯数值孔径NA2，NA1≤NA2。
本发明的另一个技术方案是提供了一种上述光纤反向合束器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、截取若干根定长的泵浦光纤，剥除定长度的涂覆层，依次穿入打结夹具外层孔位；
步骤2、截取一根定长的石英毛细管，穿入打结夹具中间孔位，扭转打结夹具进行光纤束打结；
步骤3、加热光纤束，并一次拉锥至目标直径后暂停拉锥；
步骤4、从光纤束束一侧，将包层直径预处理后的激光输出光纤穿入中间毛细管内；
步骤5、加热光纤束，进行光纤束二次拉锥耦合或二次耦合；
步骤6、对光纤束的另一侧端面进行端面切割，熔接合束器的激光输入光纤。
优选地，步骤4中，包层直径预处理后的所述激光输出光纤的包层直径D1小于一次拉锥后的光纤束石英毛细管内径OD1，且有4≤OD1-D1≤10μm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明通过控制光纤束与激光输出光纤加热拉锥耦合程度，可实现激光输出纤芯直径无变化或均匀变小至与激光输入光纤纤芯直径相匹配，实现激光输入与输出光纤的模场直径匹配，可实现同芯径激光低插损输出，激光透过率高达98％及以上；
(2)本发明通过泵浦光纤与套管预先拉锥耦合，降低泵浦光纤扭转打结对中间激光输出光纤挤压，提升输出光束质量，可实现激光光斑高质量、低劣化输出；
(3)本发明采用光纤束端面泵浦的方式，泵浦光透过率高达99％以上，损耗发热极低，功率使用阈值高，具有传输低损耗，可承受阈值功率高的优点；
(4)本发明回返光通过内置套管回传，采用套管毛华腐蚀均匀散射，提升回返功率的耐受，可实现更高的回返光耐受；
(5)本发明可根据实际使用需求灵活调整套管尺寸、激光输入与输出光纤类型、泵浦光纤类型，产品设计光学适应面宽。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图；
图2为本发明拉锥前光纤束截面示意图；
图3A为本发明一次拉锥后光纤束截面示意图；
图3B为本发明一次拉锥后光纤束截面电镜图；
图4A为本发明二次耦合后光纤束截面示意图；
图4B为本发明二次耦合后光纤束截面电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例一
本实施例中，泵浦光纤1：220/240μm；激光输入光纤2：双包层、20/400μm，NA1为0.065；激光输出光纤3：双包层、20/250μm、NA2为0.07、预处理至包层直径D1为110um；石英毛细管4：外径OD为242μm、内径ID为200μm；
以上物料按本实施例公开的一种同芯传输的光纤反向合束器的制作方法，包括以下步骤：
将6根泵浦光纤1穿入打结夹具外层，打结夹具为扭转打结法所使用的常规设备；
截取一定长的石英毛细管4，穿入打结夹具中间孔位，扭转打结夹具进行光纤束打结；
一次拉锥控制至光纤束石英毛细管4内径OD1为115μm；
将预处理后的激光输出光纤3自光纤束方向穿入石英毛细管4；
继续加热进行二次耦合至外径400μm；
将光纤束进行端面切割，熔接合束器的激光输入光纤2。
实施例二
本实施例中，泵浦光纤1：200/220μm；信号输入光纤2：双包层、20/400μm、NA1为0.065；激光输出光纤3：双包层、25/250μm、NA2为0.065；石英毛细管4：外径220μm、内径180μm；激光输出光纤3：双包层、25/250μm、预处理至包层直径D1为140um。
以上物料按本实施例公开的一种光纤反向合束器的制作方法，包括以下步骤：
将6根泵浦光纤1穿入打结夹具外层；
截取一定长石英毛细管4，穿入打结夹具中间孔位，扭转打结夹具进行光纤束打结；
一次拉锥控制至光纤束石英毛细管4内径OD1至145μm；
将预处理后的激光输出光纤3自光纤束方向穿入石英毛细管4；
继续加热进行二次拉锥耦合至外径400μm；
将光纤束进行端面切割，熔接合束器的激光输入光纤2。

Claims (7)

1.一种光纤反向合束器，其特征在于，由位于中间的一根石英毛细管以及围绕该石英毛细管的多根泵浦光纤扭转打结而成光纤束，石英毛细管内穿设有包层直径预处理后的激光输出光纤，激光输出光纤与光纤束耦合，耦合有激光输出光纤的光纤束熔接激光输入光纤。
2.如权利要求1所述的一种光纤反向合束器，其特征在于，所述石英毛细管外径等于所述泵浦光纤包层直径。
3.如权利要求1所述的一种光纤反向合束器，其特征在于，所述耦合有激光输出光纤的光纤束采用密堆积结构。
4.如权利要求1所述的一种光纤反向合束器，其特征在于，所述激光输入光纤纤芯直径不大于所述激光输出光纤纤芯直径。
5.如权利要求4所述的一种光纤反向合束器，其特征在于，所述激光输入光纤纤芯数值孔径NA1小于等于所述激光输出光纤纤芯数值孔径NA2，NA1≤NA2。
6.一种如权利要求1所述的光纤反向合束器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、截取若干根定长的泵浦光纤，剥除定长度的涂覆层，依次穿入打结夹具外层孔位；
步骤2、截取一根定长的石英毛细管，穿入打结夹具中间孔位，扭转打结夹具进行光纤束打结；
步骤3、加热光纤束，并一次拉锥至目标直径后暂停拉锥；
步骤4、从光纤束束一侧，将包层直径预处理后的激光输出光纤穿入中间毛细管内；
步骤5、加热光纤束，进行光纤束二次拉锥耦合或二次耦合；
步骤6、对光纤束的另一侧端面进行端面切割，熔接合束器的激光输入光纤。
7.如权利要求6所述的一种光纤反向合束器的制作方法，其特征在于，步骤4中，包层直径预处理后的所述激光输出光纤的包层直径D1小于一次拉锥后的光纤束石英毛细管内径OD1，且有4≤OD1-D1≤10μm。
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