CN114690322B - 信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器及其制备方法，合束器：泵浦光纤和输出光纤为石英基光纤；信号光纤为氟化物光纤；多根泵浦光纤通过套管环绕在过渡玻璃管的外表面，信号光纤插装于过渡玻璃管中；复合式光纤结构具有未拉锥区段、拉锥过渡区段和锥腰区段的锥形结构；复合式光纤结合端和输出光纤的输出光纤结合端熔融连接形成光纤合束器；保护层覆盖在光纤合束器的外部。方法：利用套管将多根泵浦光纤环绕在过渡玻璃管的外表面，再进行拉锥处理；信号光纤拉锥处理后，再穿入过渡玻璃管中；加热信号光纤，再与输出光纤连接。该合束器具有高光束质量、功率可靠性高的特点。该方法能利用信号光纤和泵浦转变温差大的特点制备中红外波段合束器。
Description
技术领域
本发明属于光纤合束器技术领域，尤其涉及一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器及其制备方法。
背景技术
中红外波段(波长为2.5～10μm)激光在国防、医疗、通信等方面均有着重要的应用。中红外波段激光器的产生方法有很多，如半导体量子级联激光器、光学倍频激光器、过渡金属元素掺杂II-VI族化合物激光器、光纤激光器等，其中，由于光纤激光器具有效率高、散热效果好、光束质量好、运行稳定、体积紧凑等优点，而在光通信、机械制造、医疗和国防等应用中表现出独特的优势。由于中红外光纤拉制工艺及器件制备技术还不够成熟，中红外高功率和大能量光纤激光器的整体发展水平滞后较大。
目前，产生可见光和近红外波段光纤激光器的光纤主要是石英光纤，但是由于石英光纤在中红外波段共振吸收系数大，使中红外光纤激光器无法用石英玻璃光纤产生，因此需要釆用在中红外波段具有低的声子损耗的新基质光纤。碲酸盐玻璃光纤、氟化物光纤、硫系玻璃光纤在2.5～5μm波段具有较低的损耗，氟化物光纤主要指以氟化铝(AlF3)、ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)或氟化铟(InF3)等为基质材料的氟化物多组份玻璃光纤。这类材料的主要特点是声子能量较低，在2.4～5.5μm波段的传输损耗远低于石英光纤，且发展最为成熟，是实现高功率中红外光纤激光器的主流光纤。
氟化物光纤的特点是质地脆、易潮解、易腐蚀、转变温度低(260℃)，石英基光纤的转变温度为1175℃，两者的转变温度差距巨大，不论是两者之间的熔接、共同拉锥、切割都存在极大的技术难点，毫无疑问严重制约了用于中红外光纤激光器的合束器件的制备，也严重制约了高功率中红外光纤激光器的发展。因而，如何实现转变温度差距过大的光纤进行有效的同步拉锥，是现阶段亟需解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器及其制备方法，该合束器结构简单，能实现中红外波段高功率激光稳定可靠的输出，同时，其易于生产和推广；该方法制作工艺简单，能实现转变温度差距过大的光纤的同步拉锥，能利用不同转变温度差距的光纤进行中红外光纤合束器的制备，有效解决现阶段制约中红外光纤激光器技术发展的技术瓶颈，有利于保证信号光的更有效传输及耦合。
本发明提供了一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器，包括泵浦光纤、信号光纤、输出光纤、过渡玻璃管、套管和保护层；
所述泵浦光纤为石英基光纤，其右端为剥除涂覆层后的泵浦光纤结合端；
所述信号光纤为高热膨胀系数的氟化物光纤，其右端为剥除涂覆层后的信号光纤结合端；
所述输出光纤为高热膨胀系数的氟化物光纤，其左端为剥除涂覆层后的输出光纤结合端；
多根泵浦光纤的泵浦光纤结合端周向环绕的分布在过渡玻璃管的外围，并通过套设在泵浦光纤外围的套管束紧在过渡玻璃管的外表面，且所述信号光纤的信号光纤结合端插装于过渡玻璃管的内腔中，形成复合式光纤结构；所述复合式光纤结构经熔融拉锥后形成具有未拉锥区段、拉锥过渡区段和锥腰区段的锥形结构，复合式光纤结构的锥腰区段经切割后形成复合式光纤结合端；
复合式光纤结构的复合式光纤结合端和输出光纤的输出光纤结合端同轴心对齐且熔融连接形成光纤合束器；
所述保护层覆盖在光纤合束器的外部。
作为一种优选，所述泵浦光纤为纤芯/直径为105μm/125μm的光纤；所述信号光纤为纤芯/直径为20μm/250μm的光纤；所述输出光纤为纤芯/直径为20μm/250μm的光纤。
作为一种优选，所述过渡玻璃管为石英玻璃管。
本发明中，使泵浦光纤和输出光纤为石英基光纤，并使信号光纤为氟化物光纤，这样，可以有效降低传输损耗，有利于确保合束器中的光束实现中红外波段高功率激光稳定可靠的输出。该合束器结构简单，具有高光束质量、功率可靠性高的特点。
本发明提供了一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：制备一根过渡玻璃管；
步骤二:先选择石英基光纤作为泵浦光纤，并将多根泵浦光纤一端的涂覆层剥除，再通过组束夹具将多根泵浦光纤去除涂覆层的一端围绕过渡玻璃管的外表面均匀排布，然后将套管套设在多根泵浦光纤外部，以通过套管对多根泵浦光纤和过渡玻璃管进行固定并形成初始组束结构；
步骤三:先将初始组束结构置于拉锥平台上，对其进行加热，并确保加热温度大于石英玻璃的转变温度，再进行拉锥处理，将初始组束结构的一端拉锥形成锥腰区段A，然后在锥腰区段A的中心进行切割，形成平面结构的截面；其中，确保锥腰区段A的直径d1满足公式(1)；
D-20μm>d1>D-30μm (1)；
式中，D为输出光纤包层直径；
步骤四：先选择高热膨胀系数的氟化物光纤作为信号光纤，并将信号光纤一端的涂覆层剥除，再将信号光纤置于拉锥平台上，对信号光纤进行加热，并确保加热温度大于氟化物玻璃的转变温度，然后进行拉锥处理，将信号光纤的一端形成锥腰区段B，最后在锥腰区段B的中心进行切割，形成平面结构的截面；同时，确保锥腰区段B的直径d3满足公式(2)，确保锥腰区段B的保留锥区长度l2满足公式(3)；
d2-5μm＜d3＜d2 (2)；
l1+50μm＞l2＞l1 (3)；
式中，d2为初始组束结构中过渡玻璃管内壁直径；l1为锥腰区段A的保留锥区长度；
步骤五：先将步骤四中处理后的信号光纤去除涂覆层的一端穿入拉锥处理后初始组束结构中过渡玻璃管的内腔中，再对信号光纤的包层外侧进行加热，使信号光纤受热膨胀与过渡玻璃管紧密接触形成完整组束结构；然后对完整组束结构的锥腰处进行切割抛光处理，使锥腰处截面平整；
步骤六：先选择高热膨胀系数的氟化物光纤作为输出光纤，并将输出光纤一端的涂覆层剥除，并切割成平面结构的截面，再将完整组束结构和输出光纤左右横向的排布在光纤熔接设备上，并确保完整组束结构的锥区截面与输出光纤的锥区截面沿轴心对齐，然后，先将输出光纤移动到熔接位置处，再精确控制温度升高对输出光纤的连接端面部分进行加热，加热到设定温度，该设定温度小于氟化物玻璃的转变温度，待输出光纤端面发生明显膨胀后，再控制光纤熔接设备带动完整组束结构水平移动到熔接位置处，直至两端面贴合并熔融密接，最后精确控制温度使输出光纤的端面处的温度逐渐降低至室温，完成熔接过程；
步骤七：对输出光纤和完整组束结构的熔接区、输出光纤的锥区和完整组束结构的锥区覆盖保护层，完成封装后得到光纤合束器。
作为一种优选，在步骤一中，所述过渡玻璃管为石英材料的玻璃管，其管壁厚度小于150μm。
作为一种优选，在步骤三中对初始组束结构进行加热时，采用氢氧焰加热或激光加热或超温等离子体加温的方式进行。
作为一种优选，在步骤四和步骤五中对信号光纤进行加热时，采用激光加热或超温等离子体加温的方式进行。
作为一种优选，在步骤五中进行切割处理时，采用机械切割或飞秒激光冷切割的方式进行加工。
进一步，为了降低传输损耗，在步骤七中的保护层为低折射率的紫外固化胶或可提供保护的高透明材料。
作为一种优选，泵浦光纤、信号光纤和输出光纤均为截面为圆形的光纤。
传统的熔接方法依赖于软化光纤并利用表面张力来建立无缝、牢固和永久的接缝，同时将传输损耗降至最低。但是，这种方法不能直接应用于氟化物玻璃与石英光纤的熔接，因为石英光纤转变温度和氟化物玻璃转变温度相差达到800℃以上。由于所产生的熔接点的极端脆弱性，这种方法可行性低，无法有效的实施。虽然使用特殊涂层或粘合剂的替代方法可以使异熔点的光纤之间产生更牢固的熔接点，但会使合束器的制造过程更加复杂，成本更高，不利于广泛的推广应用。本发明中采用了分布拉锥、分布组束的方式，首先采用合适尺寸的过渡玻璃管和套管对高转变温度的多根泵浦光纤进行组束拉锥，并在拉锥过程中通过内部的过渡玻璃管预留出信号光纤的插装位置，随后对低转变温度的信号光纤进行独立拉锥，再将拉锥后的信号光纤穿过过渡玻璃管的内腔，然后利用信号光纤的热膨胀特性对其加热，使信号光纤与过渡玻璃管密接，由于加热过程中，信号光纤热膨胀所需的温度远低于泵浦光纤的转变温度，因而并不会破坏组束结构。最后，在熔接过程中，先在熔接位置处对氟化物玻璃光纤的端面处进行精确的加热和膨胀，再将石英光纤的端面推移到熔接位置与氟化物玻璃光纤的端面密接，并逐渐冷却氟化物玻璃光纤到室温，即可完成一种信号光纤和输出光纤为氟化物光纤、泵浦光纤为石英基光纤的熔接，进而能得到高功率中红外波段泵浦合束器的制备，利用该方法可以制备出(12+1)×1的中红外光纤泵浦合束器。由于氟化物玻璃在冷却过程中会进行收缩，该过程中，石英光纤会受到氟化物玻璃光纤施加的压缩力的束缚，进而可以实现高质量高效率的熔接。
本发明提供了一种利用异熔点的信号光纤与泵浦光纤进行光纤合束器的制备方法，能依靠石英光纤和氟化物玻璃光纤之间热膨胀系数的差异，在没有中间材料的情况下将石英光纤和氟化物玻璃光纤进行可靠的熔接，解决了转变温度差距过大的光纤无法进行有效的同步拉锥、无法制备成合束器的问题；本发明可有效用于中红外波段光纤合束器的制备，最终实现了氟化物信号光纤与石英基光纤的组束和锥区的形成，并与输出光纤熔接，能实现了高质量的信号光的可靠传输。
附图说明
图1是本发明中过渡玻璃管的结构示意图；
图2是本发明中初始组束结构的结构示意图；
图3是本发明中初始组束结构经过拉锥处理后的结构示意图；
图4是图3中锥腰区段A的结构示意图；
图5是本发明中信号光纤经过拉锥处理后的结构示意图；
图6是本发明中完整组束结构的结构示意图；
图7是图6中大径段的断面示意图；
图8是图6中小径段的断面示意图；
图9是本发明中合束器的结构示意图；
图10是图9中小径段的断面示意图。
图中：1、过渡玻璃管，2、泵浦光纤，21、套管，3、初始组束结构，31、锥腰区段A，4、信号光纤，41、锥腰区段B，5、完整组束结构，6、输出光纤，61、连接端面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图10所示，一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器，包括泵浦光纤2、信号光纤4、输出光纤6、过渡玻璃管1、套管21和保护层；
所述泵浦光纤2为石英基光纤，其右端为剥除涂覆层后的泵浦光纤结合端；
所述信号光纤4为高热膨胀系数的氟化物光纤，其右端为剥除涂覆层后的信号光纤结合端；
所述输出光纤6为高热膨胀系数的氟化物光纤，其左端为剥除涂覆层后的输出光纤结合端；
多根泵浦光纤2的泵浦光纤结合端周向环绕的分布在过渡玻璃管1的外围，并通过套设在泵浦光纤2外围的套管21束紧在过渡玻璃管1的外表面，且所述信号光纤4的信号光纤结合端插装于过渡玻璃管1的内腔中，形成复合式光纤结构；所述复合式光纤结构经熔融拉锥后形成具有未拉锥区段、拉锥过渡区段和锥腰区段的锥形结构，复合式光纤结构的锥腰区段经切割后形成复合式光纤结合端；
复合式光纤结构的复合式光纤结合端和输出光纤6的输出光纤结合端同轴心对齐且熔融连接形成光纤合束器；
所述保护层覆盖在光纤合束器的外部。
作为一种优选，所述泵浦光纤2为纤芯/直径为105μm/125μm的光纤；所述信号光纤4为纤芯/直径为20μm/250μm的光纤；所述输出光纤6为纤芯/直径为20μm/250μm的光纤。
作为一种优选，所述过渡玻璃管1为石英玻璃管。
本发明中，使泵浦光纤和输出光纤为石英基光纤，并使信号光纤为氟化物光纤，这样，可以有效降低传输损耗，有利于确保合束器中的光束实现中红外波段高功率激光稳定可靠的输出。该合束器结构简单，具有高光束质量、功率可靠性高的特点。
本发明还提供了一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：制备一根过渡玻璃管1；作为一种优选，
步骤二:先选择石英基光纤作为泵浦光纤2，并将多根泵浦光纤2一端的涂覆层剥除，再通过组束夹具将多根泵浦光纤2去除涂覆层的一端围绕过渡玻璃管1的外表面均匀排布，然后将套管21套设在多根泵浦光纤2外部，以通过套管21对多根泵浦光纤2和过渡玻璃管1进行固定并形成初始组束结构3；
步骤三:先将初始组束结构3置于拉锥平台上，对其进行加热，并确保加热温度大于石英玻璃的转变温度，再进行拉锥处理，将初始组束结构3的一端拉锥形成锥腰区段A31，然后在锥腰区段A31的中心进行切割，形成平面结构的截面；其中，确保锥腰区段A31的直径d1满足公式(1)；该过程中，为了保证拉锥后的过渡玻璃管1的内腔可以保留出后续信号光纤4的穿装通道，可以在拉锥前于过渡玻璃管1的内腔的内腔中插装一根尺寸适合的金属丝，在拉锥作业结束后将其移除即可；
D-20μm>d1>D-30μm (1)；
式中，D为输出光纤6包层直径；
步骤四：先选择高热膨胀系数的氟化物光纤作为信号光纤4，并将信号光纤4一端的涂覆层剥除，再将信号光纤4置于拉锥平台上，对信号光纤4进行加热，并确保加热温度大于氟化物玻璃的转变温度，然后进行拉锥处理，将信号光纤4的一端形成锥腰区段B，最后在锥腰区段B的中心进行切割，形成平面结构的截面；同时，确保锥腰区段B的直径d3满足公式(2)，确保锥腰区段B的保留锥区长度l2满足公式(3)；
d2-5μm＜d3＜d2 (2)；
l1+50μm＞l2＞l1 (3)；
式中，d2为初始组束结构3中过渡玻璃管1内壁直径；l1为锥腰区段A31的保留锥区长度；
步骤五：先将步骤四中处理后的信号光纤4去除涂覆层的一端穿入拉锥处理后初始组束结构3中过渡玻璃管1的内腔中；再对信号光纤4的包层外侧进行加热，使信号光纤4受热膨胀与过渡玻璃管1紧密接触形成完整组束结构5；然后对完整组束结构5的锥腰处进行切割抛光处理，使锥腰处截面平整；
步骤六：先选择高热膨胀系数的氟化物光纤作为输出光纤6，并将输出光纤6一端的涂覆层剥除，并切割成平面结构的截面，再将完整组束结构5和输出光纤6左右横向的排布在光纤熔接设备上，并确保完整组束结构5的锥区截面与输出光纤6的锥区截面沿轴心对齐，然后，先将输出光纤6移动到熔接位置处，再利用CO2激光精确控制温度缓慢升高对输出光纤6的连接端面61部分进行加热，加热到设定温度，该设定温度小于氟化物玻璃的转变温度，待输出光纤6端面发生明显膨胀后，再控制光纤熔接设备带动完整组束结构5水平移动到熔接位置处，直至两端面贴合并熔融密接，最后精确控制温度使输出光纤6的端面处的温度逐渐降低至室温，完成熔接过程；
步骤七：对输出光纤6和完整组束结构5的熔接区、输出光纤6的锥区和完整组束结构5的锥区覆盖保护层，完成封装后得到光纤合束器。
作为一种优选，在步骤一中，所述过渡玻璃管1为石英材料的玻璃管，其管壁厚度小于150μm。作为一个实施例，过渡玻璃管1的内壁直径为250μm，外壁直径为350μm，长度为5cm；
作为一种优选，在步骤三中对初始组束结构3进行加热时，采用氢氧焰加热或激光加热或超温等离子体加温的方式进行。作为一个实施例，使用CO2激光对初始组束结构加热拉锥，调节CO2激光功率至焦点温度为1200℃左右，设定拉锥参数，将初始组束结构拉锥至锥腰中心直径为225微米，在锥腰中心处切割，截面直径为225μm，中心过渡玻璃管内壁直径为60μm，保留锥腰长度为250μm；
作为一种优选，在步骤四和步骤五中对信号光纤4进行加热时，采用激光加热或超温等离子体加温的方式进行。作为一个实施例，使用CO2激光对信号光纤4进行加热，调控CO2激光输出功率，控制加热温度为300℃、将包层直径为250μm的信号光纤4拉锥至锥腰直径4为60μm，在锥腰中心处切割，保留锥腰长度为300μm；
作为一种优选，在步骤五中进行切割处理时，采用机械切割或飞秒激光冷切割的方式进行加工。作为一个实施例，使用CO2激光对完整组束结构5加热拉锥，调节CO2激光功率至焦点温度为200℃左右对信号光纤4的进行加热，使信号光纤4受热膨胀与过渡玻璃管1紧密接触，对组束的锥腰处进行抛光，使锥腰截面平整；
为了降低传输损耗，在步骤七中的保护层为低折射率的紫外固化胶或可提供保护的高透明材料。
作为一种优选，泵浦光纤2、信号光纤4和输出光纤6均为截面为圆形的光纤。
传统的熔接方法依赖于软化光纤并利用表面张力来建立无缝、牢固和永久的接缝，同时将传输损耗降至最低。但是，这种方法不能直接应用于氟化物玻璃与石英光纤的熔接，因为石英光纤转变温度和氟化物玻璃转变温度相差达到800℃以上。由于所产生的熔接点的极端脆弱性，这种方法可行性低，无法有效的实施。虽然使用特殊涂层或粘合剂的替代方法可以使异熔点的光纤之间产生更牢固的熔接点，但会使合束器的制造过程更加复杂，成本更高，不利于广泛的推广应用。本发明中采用了分布拉锥、分布组束的方式，首先采用合适尺寸的过渡玻璃管和套管对高转变温度的多根泵浦光纤进行组束拉锥，并在拉锥过程中通过内部的过渡玻璃管预留出信号光纤的插装位置，随后对低转变温度的信号光纤进行独立拉锥，再将拉锥后的信号光纤穿过过渡玻璃管的内腔，然后利用信号光纤的热膨胀特性对其加热，使信号光纤与过渡玻璃管密接，由于加热过程中，信号光纤热膨胀所需的温度远低于泵浦光纤的转变温度，因而并不会破坏组束结构。最后，在熔接过程中，先在熔接位置处对氟化物玻璃光纤的端面处进行精确的加热和膨胀，再将石英光纤的端面推移到熔接位置与氟化物玻璃光纤的端面密接，并逐渐冷却氟化物玻璃光纤到室温，即可完成一种信号光纤和输出光纤为氟化物光纤、泵浦光纤为石英基光纤的熔接，进而能得到高功率中红外波段泵浦合束器的制备，利用该方法可以制备出(12+1)×1的中红外光纤泵浦合束器。由于氟化物玻璃在冷却过程中会进行收缩，该过程中，石英光纤会受到氟化物玻璃光纤施加的压缩力的束缚，进而可以实现高质量高效率的熔接。
本发明提供了一种利用异熔点的信号光纤与泵浦光纤进行光纤合束器的制备方法，能依靠石英光纤和氟化物玻璃光纤之间热膨胀系数的差异，在没有中间材料的情况下将石英光纤和氟化物玻璃光纤进行可靠的熔接，解决了转变温度差距过大的光纤无法进行有效的同步拉锥、无法制备成合束器的问题；本发明可有效用于中红外波段光纤合束器的制备，最终实现了氟化物信号光纤与石英基光纤的组束和锥区的形成，并与输出光纤熔接，能实现了高质量的信号光的可靠传输。
Claims (10)
1.一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器，包括泵浦光纤(2)、信号光纤(4)和输出光纤(6)；其特征在于，还包括过渡玻璃管(1)、套管(21)和保护层；
所述泵浦光纤(2)为石英基光纤，其右端为剥除涂覆层后的泵浦光纤结合端；
所述信号光纤(4)为高热膨胀系数的氟化物光纤，其右端为剥除涂覆层后的信号光纤结合端；
所述输出光纤(6)为高热膨胀系数的氟化物光纤，其左端为剥除涂覆层后的输出光纤结合端；
多根泵浦光纤(2)的泵浦光纤结合端周向环绕的分布在过渡玻璃管(1)的外围，并通过套设在泵浦光纤(2)外围的套管(21)束紧在过渡玻璃管(1)的外表面，且所述信号光纤(4)的信号光纤结合端插装于过渡玻璃管(1)的内腔中，形成复合式光纤结构；所述复合式光纤结构经熔融拉锥后形成具有未拉锥区段、拉锥过渡区段和锥腰区段的锥形结构，复合式光纤结构的锥腰区段经切割后形成复合式光纤结合端；
复合式光纤结构的复合式光纤结合端和输出光纤(6)的输出光纤结合端同轴心对齐且熔融连接形成光纤合束器；
所述保护层覆盖在光纤合束器的外部。
2.根据权利要求1所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器，其特征在于，所述泵浦光纤(2)为纤芯/直径为105μm/125μm的光纤；所述信号光纤(4)为纤芯/直径为20μm/250μm的光纤；所述输出光纤(6)为纤芯/直径为20μm/250μm的光纤。
3.根据权利要求1或2所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器，其特征在于，所述过渡玻璃管(1)为石英玻璃管。
4.一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一：制备一根过渡玻璃管(1)；
步骤二:先选择石英基光纤作为泵浦光纤(2)，并将多根泵浦光纤(2)一端的涂覆层剥除，再通过组束夹具将多根泵浦光纤(2)去除涂覆层的一端围绕过渡玻璃管(1)的外表面均匀排布，然后将套管(21)套设在多根泵浦光纤(2)外部，以通过套管(21)对多根泵浦光纤(2)和过渡玻璃管(1)进行固定并形成初始组束结构(3)；
步骤三:先将初始组束结构(3)置于拉锥平台上，对其进行加热，并确保加热温度大于石英玻璃的转变温度，再进行拉锥处理，将初始组束结构(3)的一端拉锥形成锥腰区段A(31)，然后在锥腰区段A(31)的中心进行切割，形成平面结构的截面；其中，确保锥腰区段A(31)的直径d1满足公式(1)；
D-20μm>d1>D-30μm (1)；
式中，D为输出光纤(6)包层直径；
步骤四：先选择高热膨胀系数的氟化物光纤作为信号光纤(4)，并将信号光纤(4)一端的涂覆层剥除，再将信号光纤(4)置于拉锥平台上，对信号光纤(4)进行加热，并确保加热温度大于氟化物玻璃的转变温度，然后进行拉锥处理，将信号光纤(4)的一端形成锥腰区段B，最后在锥腰区段B的中心进行切割，形成平面结构的截面；同时，确保锥腰区段B的直径d3满足公式(2)，确保锥腰区段B的保留锥区长度l2满足公式(3)；
d2-5μm＜d3＜d2 (2)；
l1+50μm＞l2＞l1 (3)；
式中，d2为初始组束结构(3)中过渡玻璃管(1)内壁直径；l1为锥腰区段A(31)的保留锥区长度；
步骤五：先将步骤四中处理后的信号光纤(4)去除涂覆层的一端穿入拉锥处理后初始组束结构(3)中过渡玻璃管(1)的内腔中；再对信号光纤(4)的包层外侧进行加热，使信号光纤(4)受热膨胀与过渡玻璃管(1)紧密接触形成完整组束结构(5)；然后对完整组束结构(5)的锥腰处进行切割抛光处理，使锥腰处截面平整；
步骤六：先选择高热膨胀系数的氟化物光纤作为输出光纤(6)，并将输出光纤(6)一端的涂覆层剥除，并切割成平面结构的截面，再将完整组束结构(5)和输出光纤(6)左右横向的排布在光纤熔接设备上，并确保完整组束结构(5)的锥区截面与输出光纤(6)的锥区截面沿轴心对齐，然后，先将输出光纤(6)移动到熔接位置处，再精确控制温度升高对输出光纤(6)的连接端面(61)部分进行加热，加热到设定温度，该设定温度小于氟化物玻璃的转变温度，待输出光纤(6)端面发生明显膨胀后，再控制光纤熔接设备带动完整组束结构(5)水平移动到熔接位置处，直至两端面贴合并熔融密接，最后精确控制温度使输出光纤(6)的端面处的温度逐渐降低至室温，完成熔接过程；
步骤七：对输出光纤(6)和完整组束结构(5)的熔接区、输出光纤(6)的锥区和完整组束结构(5)的锥区覆盖保护层，完成封装后得到光纤合束器。
5.根据权利要求4所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述过渡玻璃管(1)为石英材料的玻璃管，其管壁厚度小于150μm。
6.根据权利要求5所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，其特征在于，在步骤三中对初始组束结构(3)进行加热时，采用氢氧焰加热或激光加热或超温等离子体加温的方式进行。
7.根据权利要求6所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，其特征在于，在步骤四和步骤五中对信号光纤(4)进行加热时，采用激光加热或超温等离子体加温的方式进行。
8.根据权利要求7所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，其特征在于，在步骤五中进行切割处理时，采用机械切割或飞秒激光冷切割的方式进行加工。
9.根据权利要求8所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，其特征在于，在步骤七中的保护层为低折射率的紫外固化胶或可提供保护的高透明材料。
10.根据权利要求9所述的一种信号光纤与泵浦光纤异熔点的光纤合束器的制备方法，其特征在于，泵浦光纤(2)、信号光纤(4)和输出光纤(6)均为截面为圆形的光纤。
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| CN208013483U (zh) * | 2018-03-07 | 2018-10-26 | 四川思创优光科技有限公司 | 一种双向泵浦光纤合束器 |
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