CN117289395A - 一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法 - Google Patents
一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117289395A CN117289395A CN202311399493.6A CN202311399493A CN117289395A CN 117289395 A CN117289395 A CN 117289395A CN 202311399493 A CN202311399493 A CN 202311399493A CN 117289395 A CN117289395 A CN 117289395A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- fiber
- transition
- core diameter
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 116
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 88
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 45
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 241001270131 Agaricus moelleri Species 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
- G02B6/2551—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
本发明提供一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法，制作方法包括：将多根外围光纤设置在一根中心光纤的外周，一根中心光纤和多根外围光纤均设置在玻璃管内，将一根玻璃管、一根中心光纤和多根外围光纤熔融拉锥成双锥结构，切开双锥结构并得到第一锥区；将过渡光纤的输入端与第一锥区熔接，过渡光纤的输出端熔融拉锥形成第二锥区；输出光纤与第二锥区熔接，过渡光纤的纤芯直径大于等于输出光纤的纤芯直径，第二锥区的纤芯直径小于等于输出光纤的纤芯直径。通过在过渡光纤激发更多的模式，从而实现平顶光在输出光纤输出，不涉及特殊的光学元件，因此全光纤结构损耗低，易于集成到光路中，成本方面也具有优势。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法。
背景技术
光纤激光器因其具有光束质量好、电光转换效率高等优点，在工业制造、航天工业、通信系统中得到广泛使用。合束器作为光纤激光器的重要组成元件，通常要求有较低的信号插入损耗，以获得更高的功率输出。在实际应用中，需要光束呈现特殊的形状，如高斯分布光束或平顶分布光束。其中，平顶光束是一种重要的激光光束类型，例如在激光焊接领域，平顶光束可以使焊接的缝隙更匀滑，同样的，在激光雕刻、切割等领域，平顶光束都有广泛的应用。
现有输出平顶光的技术方案中，如采用微透镜阵列方案中，对微透镜尺寸和焦距有很高的要求且容易产生干涉效应，而采用液晶空间光调制器方案中，其损伤阈值低，而采用双折射透镜的方案中，双折射透镜组对入射光偏振有较高要求，且利用光阑法后，光束能量损耗严重。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种全光纤组成且输出平顶光的信号合束器。
本发明的第二目的是提供一种上述信号合束器的制作方法。
为了实现本发明第一目的，本发明提供一种输出平顶光的信号合束器，包括合束光纤和输出光纤，合束光纤包括一根玻璃管、一根中心光纤和多根外围光纤，多根外围光纤位于中心光纤的外周，一根中心光纤和多根外围光纤均设置在玻璃管内，一根玻璃管、一根中心光纤和多根外围光纤熔融拉锥后形成第一锥区；信号合束器还包括过渡光纤，过渡光纤的输入端与第一锥区熔接，过渡光纤的输出端熔融拉锥形成第二锥区，输出光纤与第二锥区熔接；过渡光纤的纤芯直径大于等于输出光纤的纤芯直径，第二锥区的纤芯直径小于等于输出光纤的纤芯直径。
更进一步的方案是，第一锥区的直径小于等于过渡光纤的纤芯直径。
更进一步的方案是，过渡光纤的纤芯直径为200微米，过渡光纤的内包层直径为220微米，过渡光纤的外包层直径为360微米。
更进一步的方案是，第二锥区的纤芯直径小于等于100微米。
更进一步的方案是，输出光纤的纤芯直径为100微米，输出光纤的内包层直径120微米，输出光纤的外包层直径360微米。
为了实现本发明第二目的，本发明提供一种信号合束器的制作方法，制作方法包括：将多根外围光纤设置在一根中心光纤的外周，一根中心光纤和多根外围光纤均设置在玻璃管内，将一根玻璃管、一根中心光纤和多根外围光纤熔融拉锥成双锥结构，切开双锥结构并得到第一锥区；将过渡光纤的输入端与第一锥区熔接，过渡光纤的输出端熔融拉锥形成第二锥区；输出光纤与第二锥区熔接，过渡光纤的纤芯直径大于等于输出光纤的纤芯直径，第二锥区的纤芯直径小于等于输出光纤的纤芯直径。
更进一步的方案是，第一锥区的直径小于等于过渡光纤的纤芯直径。
更进一步的方案是，过渡光纤的纤芯直径为200微米，过渡光纤的内包层直径为220微米，过渡光纤的外包层直径为360微米。
更进一步的方案是，第二锥区的纤芯直径小于等于100微米。
更进一步的方案是，输出光纤的纤芯直径为100微米，输出光纤的内包层直径120微米，输出光纤的外包层直径360微米。
本发明的有益效果是，通过全光纤熔接的方式制成本案的信号合束器，利用在合束光纤的第一锥区和输出光纤之间设置过渡光纤，且过渡光纤的纤芯直径大于等于输出光纤的纤芯直径，第二锥区的纤芯直径小于等于输出光纤的纤芯直径，在第一锥区输出的光束仍为高斯或者类高斯分布，通过在过渡光纤激发更多的模式，从而实现平顶光在输出光纤输出，本案不需要定制特殊的光纤，也不需要特殊的光学元件，且由于不涉及特殊的光学元件，因此全光纤结构损耗低，易于集成到光路中，成本方面也具有优势。
附图说明
图1是本发明信号合束器制作方法实施例的第一步骤示意图。
图2是本发明信号合束器制作方法实施例的第二步骤示意图。
图3是本发明信号合束器制作方法实施例中合束光纤的布置示意图。
图4是本发明信号合束器制作方法实施例的第三步骤示意图。
图5是本发明信号合束器制作方法实施例的第四步骤示意图。
图6是本发明信号合束器制作方法实施例的第五步骤示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
合束器及其制作方法实施例：
参照图1至图3，合束器的制作方法包括：首先将多根外围光纤10设置在一根中心光纤15的外周，外围光纤10包括由内之外逐层布置的纤芯14、包层12和涂覆层11，中心光纤15包括由内之外逐层布置的纤芯16、包层17和涂覆层，在去除部分的涂覆层11和中心光纤的涂覆层后，本实施例中采用7根外围光纤10包围在一根中心光纤15的外周，构成六边形排列，外围光纤10和中心光纤15采用相同规格的光纤，如采用纤芯直径20微米，包层直径130微米的光纤，当然亦可采用其他规格的光纤。
随后将一根中心光纤15和多根外围光纤10均设置在玻璃管13内，然后将一根玻璃管13、一根中心光纤15和多根外围光纤10在热源加热下达到熔融状态，并在电机的牵引下，拉制成双锥结构21。然后沿垂直于光路方向的切割方向，对双锥结构21切开，从而得到第一锥区22。
参见图4，选取一根过渡光纤3，过渡光纤3包括纤芯31和包层32，过渡光纤3的纤芯31的纤芯直径为200微米，过渡光纤的内包层直径为220微米，过渡光纤的外包层直径为360微米。随后，将过渡光纤3的纤芯31的输入端33与第一锥区22熔接，第一锥区22的直径小于等于过渡光纤3的纤芯直径。
参见图5，然后，对过渡光纤3的输出端35熔融拉锥形成第二锥区34，第二锥区34的纤芯直径小于等于100微米。
参照图6，随后，选取一根输出光纤4，输出光纤4包括纤芯41和包层42，输出光纤4的纤芯直径为100微米，输出光纤的内包层直径120微米，输出光纤的外包层直径360微米。然后，将输出光纤4与第二锥区34熔接，过渡光纤3的纤芯直径大于等于输出光纤4的纤芯直径，第二锥区34的纤芯直径小于等于输出光纤4的纤芯直径。
对于光纤而言，平顶光束并不是它传输的本征模式，而是光纤多个导模的叠加，由于信号合束器使用的是纤芯直径较大的多模光纤，支持的导模数近似为
上述公式1中：V为光纤的归一化频率，定义为公式2：a为光纤纤芯直径，λ为光波长，NA为光纤数值孔径。
以100/120/360微米的光纤为例，即纤芯直径为100微米，内包层直径为120微米，外包层直径为360微米，它的NA值为0.22，在波长为1064nm时，V值为130，此时它所能支持的导模数M约为8450，要想实现平顶输出，应尽可能的激发这些模式，然而传统的信号合束器制作方法，只能激发部分模式，输出光束分部仍是高斯或者类高斯分布，本案通过在锥区和输出光纤之间过渡一段纤芯直径大于输出光纤的光纤，可以激发更多的模式，从而实现平顶光输出。
由上可见，通过全光纤熔接的方式制成本案的信号合束器，利用在合束光纤的第一锥区和输出光纤之间设置过渡光纤，且过渡光纤的纤芯直径大于等于输出光纤的纤芯直径，第二锥区的纤芯直径小于等于输出光纤的纤芯直径，在第一锥区输出的光束仍为高斯或者类高斯分布，通过在过渡光纤激发更多的模式，从而实现平顶光在输出光纤输出，本案不需要定制特殊的光纤，也不需要特殊的光学元件，且由于不涉及特殊的光学元件，因此全光纤结构损耗低，易于集成到光路中，成本方面也具有优势。
Claims (10)
1.一种输出平顶光的信号合束器，包括合束光纤和输出光纤，所述合束光纤包括一根玻璃管、一根中心光纤和多根外围光纤，多根所述外围光纤位于所述中心光纤的外周，一根所述中心光纤和多根所述外围光纤均设置在所述玻璃管内，一根所述玻璃管、一根所述中心光纤和多根所述外围光纤熔融拉锥后形成第一锥区；
其特征在于：
所述信号合束器还包括过渡光纤，所述过渡光纤的输入端与所述第一锥区熔接，所述过渡光纤的输出端熔融拉锥形成第二锥区，所述输出光纤与所述第二锥区熔接；
所述过渡光纤的纤芯直径大于等于所述输出光纤的纤芯直径，所述第二锥区的纤芯直径小于等于所述输出光纤的纤芯直径。
2.根据权利要求1所述的信号合束器，其特征在于：
所述第一锥区的直径小于等于所述过渡光纤的纤芯直径。
3.根据权利要求1所述的信号合束器，其特征在于：
所述过渡光纤的纤芯直径为200微米，所述过渡光纤的内包层直径为220微米，所述过渡光纤的外包层直径为360微米。
4.根据权利要求3所述的信号合束器，其特征在于：
所述第二锥区的纤芯直径小于等于100微米。
5.根据权利要求1至4任一项所述的信号合束器，其特征在于：
所述输出光纤的纤芯直径为100微米，所述输出光纤的内包层直径120微米，所述输出光纤的外包层直径360微米。
6.信号合束器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
将多根外围光纤设置在一根中心光纤的外周，一根所述中心光纤和多根所述外围光纤均设置在玻璃管内，将一根所述玻璃管、一根所述中心光纤和多根所述外围光纤熔融拉锥成双锥结构，切开所述双锥结构并得到第一锥区；
将过渡光纤的输入端与所述第一锥区熔接，所述过渡光纤的输出端熔融拉锥形成第二锥区；
所述输出光纤与所述第二锥区熔接，所述过渡光纤的纤芯直径大于等于所述输出光纤的纤芯直径，所述第二锥区的纤芯直径小于等于所述输出光纤的纤芯直径。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：
所述第一锥区的直径小于等于所述过渡光纤的纤芯直径。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于：
所述过渡光纤的纤芯直径为200微米，所述过渡光纤的内包层直径为220微米，所述过渡光纤的外包层直径为360微米。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于：
所述第二锥区的纤芯直径小于等于100微米。
10.根据权利要求6至9任一项所述的制作方法，其特征在于：
所述输出光纤的纤芯直径为100微米，所述输出光纤的内包层直径120微米，所述输出光纤的外包层直径360微米。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311399493.6A CN117289395A (zh) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | 一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311399493.6A CN117289395A (zh) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | 一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117289395A true CN117289395A (zh) | 2023-12-26 |
Family
ID=89257173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311399493.6A Pending CN117289395A (zh) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | 一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117289395A (zh) |
-
2023
- 2023-10-25 CN CN202311399493.6A patent/CN117289395A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE112011102811B4 (de) | Faseroptikarrayverfahren und -vorrichtung | |
| US7016573B2 (en) | Optical fiber pump multiplexer | |
| US7034992B2 (en) | Brightness enhancement of diode light sources | |
| US7920763B1 (en) | Mode field expanded fiber collimator | |
| JP2008277582A (ja) | 光ポンピングデバイス用マルチコアファイバとその製造方法、光ポンピングデバイス、ファイバレーザ及びファイバ増幅器 | |
| WO2022088307A1 (zh) | 一种输出光束形状可调的高功率全光纤激光合束器 | |
| CN101794955A (zh) | 一种全光纤激光合成器件及其制备方法 | |
| CN112563869A (zh) | 一种复合全光纤激光器系统 | |
| KR20210095688A (ko) | 제어 가능한 출력 빔 강도 프로파일을 갖는 초고 광섬유 레이저 시스템 | |
| CN109387904B (zh) | 一种光纤激光合束器及其制造方法 | |
| CN111352249B (zh) | 实现平顶光束的侧泵信号合束器及其制备方法 | |
| KR20130093538A (ko) | 자유 빔 광섬유간 커플링 장치 | |
| JP2013007959A (ja) | 光ファイバの端面処理方法及び光ファイバの端末構造 | |
| CN117289395A (zh) | 一种输出平顶光的信号合束器及其制作方法 | |
| JP3665738B2 (ja) | レーザダイオードモジュール | |
| CN115437157A (zh) | 一种输出高功率匀化方形光斑的装置 | |
| CN105785523A (zh) | 一种泵浦信号耦合器及其工艺方法 | |
| CN216990328U (zh) | 一种形成复合激光的激光加工系统 | |
| KR101232659B1 (ko) | 광 결합 장치, 광 결합 장치의 제조 방법, 및 광 증폭기 | |
| CN117728287B (zh) | 一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法及装置 | |
| CN115236864B (zh) | 一种高光束质量光纤激光合束器 | |
| CN110780386A (zh) | 一种光纤激光合束器及其制作方法 | |
| He et al. | Analysis of transmission characteristics of multi-mode optical fiber endcap | |
| CN205539592U (zh) | 一种泵浦信号耦合器 | |
| Theeg et al. | Precise, Flexible Manufacturing of Optical Fiber Components: Glass processing with CO2 laser enables cost‐effective product customization and high reproducibility |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |