CN1916678A - 多模多光纤功率耦合器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多模多光纤功率耦合器及其制备方法，属于激光多光束整形及耦合技术领域。本耦合器结构为在套筒(4)的内部从左到右依次设置有套管(B7)、套管(A3)，在套管(B7)的内部设置有输入端光纤束套芯(8)，在输入光纤束套芯(8)的内部设置有输入多模光纤束(9)；在套管(A3)的内部从左到右依次设置有球透镜(1)、自聚焦透镜(2)、输出端光纤束套芯(5)，在输出端光纤束套芯(5)的内部设置有输出端多模光纤(6)，球透镜(1)与套管(B7)的右端面紧密接触，同时本发明还提供了一种本耦合器的制备方法。本发明具有效率高、结构紧凑的特点，耦合效率可达90％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种多模多光纤功率耦合器及其制备方法，属于激光多光束整形及耦合技术领域。
背景技术
目前制备光纤合束器有多根光纤组成。它是将多个低功率半导体激光器的输出光分别耦合入光纤合束器的每根光纤，然后将这些光纤集束在一起输出，这样就可以获得较大的功率输出。但这种方法获得的输出光仍是多个光束的集合，只是多根光纤简单的集合在一起，这种方法获得的激光光束输出光斑大，功率密度小。在应用中必须采用另外的光学系统来减小光斑尺寸，增加功率密度，但采用另外的光学系统会降低系统的可靠性、增加系统的复杂性、同时也会降低激光功率效率。
发明内容
本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供了一种多模多光纤功率耦合器及其制备方法，本耦合器具有效率高、结构紧凑的特点。
为了达到上述目的，本发明采取了如下技术方案。一种多模多光纤功率耦合器，本装置主要包括有套筒4，套管A3、输入多模光纤束9、套管B7、球透镜1、自聚焦透镜2、输出端多模光纤6，其中，在套筒4的内部从左到右依次设置有套管B7、套管A3，在套管B7的内部设置有输入端光纤束套芯8，在输入光纤束套芯8的内部设置有输入多模光纤束9，输入多模光纤束9、输入端光纤束套芯8和套管B7的右端面在同一平面上；在套管A3的内部从左到右依次设置有球透镜1、自聚焦透镜2、输出端光纤束套芯5，在输出端光纤束套芯5的内部设置有输出端多模光纤6，输出端光纤束套芯5和输出端多模光纤6的左端面与球透镜1的焦点在同一平面上，球透镜1与套管B7的右端面紧密接触。
下面提供了一种多模多光纤功率耦合器的制备方法，该方法是按以下步骤实现的：
1)将输入多模光纤束9中每根光纤的前端去除外覆层，切平，将输入多模光纤束9插入输入端光纤束套芯8中并与输入端光纤束套芯8固定，制成多光纤接头；
2)将多光纤接头插入套管B7中并与套管B7固定，制成多光纤套管，在研磨机上将多光纤套管前端面抛光；
3)将输出端多模光纤6前端的光纤去除外覆层，切平，再将输出端多模光纤6插入输出端多模光纤套芯5中并与输出端多模光纤套芯5固定，制成单光纤接头，在抛光机上研磨抛光端面；
4)将单光纤接头的抛光的一端从套管A3的一端插入，将自聚焦透镜2和球透镜1依次从套管A3的另一端插入，自聚焦透镜2的前端与单光纤接头的抛光面紧密接触，单光纤接头的抛光面与球透镜1的焦点在同一平面上，球透镜1略陷入套管A3，将球透镜1、自聚焦透镜2和单光纤接头一起固定在套管A3中；
5)将套管A3的球透镜端面在抛光机上研磨抛光，直到刚好露出球透镜，制成单光纤耦合套管；
6)将步骤2中的多光纤套管和步骤5中的单光纤耦合套管分别拧进套筒4，并且两个套管的抛光面相接触，同时用一定功率的光输入到输入多模光纤束9中，从输出端多模光纤6的输出光纤检测输出功率大小，调整套筒4内多光纤套管和单光纤耦合套管之间的距离，当获得最大的通光功率效率时，将其与套筒4固定。
本发明工作时，从激光器输出的激光耦合进入输入多模光纤束9，输入多模光纤束9输出的激光经球透镜1被准直后进入自聚焦透镜2，经聚焦进入输出端多模光纤6输出。
本发明借助于球透镜1和自聚焦透镜2的光束聚焦获得了一种高效、紧凑的多模多光纤功率耦合器，器件通过集成封装获得了单光纤高功率密度输出，使得结构更加紧凑，输出光束更加集中，提高了器件性能的可靠性和稳定性。采用本发明制作的多模多光纤功率耦合器对于提高激光输出光束特性极为有利，也提供了一种提高功率输出的简便方法。本发明制作一种简便的封装器件，可以将多个激光器的输出光通过单根光纤高效率输出。这种器件也可以应用于泵浦高功率光纤激光器。本发明的耦合效率可达90％以上。
附图说明
图1多模多光纤功率耦合器结构示意图
图2多模多光纤功率耦合器部分结构示意图
图3多模多光纤功率耦合器部分结构示意图
图中：1、球透镜，2、自聚焦透镜，3、套管A，4、套筒，5、输出端光纤束套芯，6、输出端多模光纤，7、套管B，8、输入端光纤束套芯，9、输入多模光纤束。
具体实施方式
下面结合附图1～3和具体实施例详细描述本发明。
本实施例主要包括有套筒4，套管A3、输入多模光纤束9、套管B7、球透镜1、自聚焦透镜2、输出端多模光纤6，其中，在套筒4的内部从左到右依次设置有套管B7、套管A3，在套管B7的内部设置有输入端光纤束套芯8，在输入光纤束套芯8的内部设置有输入多模光纤束9，输入多模光纤束9、输入端光纤束套芯8和套管B7的右端面在同一平面上；在套管A3的内部从左到右依次设置有球透镜1、自聚焦透镜2、输出端光纤束套芯5，在输出端光纤束套芯5的内部设置有输出端多模光纤6，输出端光纤束套芯5和输出端多模光纤6的左端面在同一平面上，球透镜1与套管B7的右端面紧密接触。
本实施例是按如下方法制备的：
1)输入多模光纤束9采用石英材料制成多模光纤，多模光纤可选取七根纤芯，多模光纤的石英材料纤芯直径可选取为200μm，包层直径210μm，多模光纤的数值孔径可选取为0.16。
2)将步骤1)的输入多模光纤束9每根光纤前端21mm长的光纤去除外覆层，切平；输入端光纤束套芯8采用内径为630um，外径为2.5mm，长度为20mm的氧化锆材料制作；将输入多模光纤束9插入输入端光纤束套芯8中，用353ND热固化胶将输入多模光纤束9和输入端光纤束套芯8固定，制成多光纤接头。固化时间为10分钟，固化温度100度。
3)套管B7采用一段长度为18mm的铜套管，内径为2.5mm，外径为8mm，在其外部套上细螺纹，螺距0.5mm，偏心度小于1‰。然后将步骤2)中多光纤接头插入套管B7中，用热固化胶加热固定，制成多光纤套管，在研磨机上将多光纤套管前端面抛光。如图2所示。
4)输出端多模光纤6选取一根石英材料制成多模光纤，多模光纤的石英材料纤芯直径可选取为400μm，包层直径220μm，多模光纤的数值孔径可选取为0.22。
5)将步骤4)中的输出端多模光纤6前端21mm长的光纤去除外覆层，切平；输出端多模光纤套芯5采用内径为420um，外径为2.5mm，长度为20mm的氧化锆材料制作；将输出端多模光纤6插入输出端多模光纤套芯5中，用353ND热固化胶将输出端多模光纤6和输出端多模光纤套芯5固定，制成单光纤接头，在抛光机上研磨抛光端面。
6)球透镜1采用K9玻璃材料，球透镜1的直径为2.5mm，表面镀单层增透膜，材料为MgF2。
7)自聚焦透镜2采用一1/4节距自聚焦透镜，自聚焦透镜2的直径为2.5mm，数值孔径NA为0.22，长度为5mm，工作距离0.25mm。自聚焦透镜2的前后端面上镀单层增透膜，材料为MgF2。
8)套管A3采用一段长度为18mm的铜套管，内径为2.5mm，外径为8mm，在其外部套上细螺纹，螺距0.5mm，偏心度小于1‰，套管内部填充固化胶，将5)中的单光纤接头的抛光的一端从套管A3的一端插入，将步骤7)中的自聚焦透镜2和步骤6)中的球透镜1依次从套管A3的另一端插入，自聚焦透镜2的前端与单光纤接头的抛光面紧密接触。单光纤接头的抛光面与球透镜1的焦点在同一平面上。球透镜1略陷入套管A3，对套管A3加热将球透镜1、自聚焦透镜2和单光纤接头一起固定在套管A3中。将套管A3的球透镜端面在抛光机上研磨抛光，直到刚好露出球透镜，制成单光纤耦合套管。结构形状如图3所示。
9)套筒4选取长度为30mm的铜材料套筒，内径为8mm，外径为10mm，内部套螺纹，螺距0.5mm，偏心度小于1‰。内部用压力填入热固化胶，避免存在空气。将3)中的多光纤套管和8)中的单光纤耦合套管分别拧进套筒4，并且两套管的抛光面相接触，同时用一定功率的光输入到输入多模光纤束9中，从输出端多模光纤6的输出光纤检测输出功率大小，调整套筒4内多光纤套管和单光纤耦合套管之间的距离，当获得最大的通光功率效率时，加热固定。
本实施例借助于球透镜1和自聚焦透镜2的光束聚焦以及螺纹的精细位置调整获得了一种高效、紧凑的多模多光纤功率耦合器，
上述实施例中所选择的参数都可以根据实际使用要求来选择。
Claims (2)
1、一种多模多光纤功率耦合器，其特征在于：主要包括有套筒(4)，套管(A3)、输入多模光纤束(9)、套管(B7)、球透镜(1)、自聚焦透镜(2)、输出端多模光纤(6)，其中，在套筒(4)的内部从左到右依次设置有套管(B7)、套管(A3)，在套管(B7)的内部设置有输入端光纤束套芯(8)，在输入光纤束套芯(8)的内部设置有输入多模光纤束(9)，输入多模光纤束(9)、输入端光纤束套芯(8)和套管(B7)的右端面在同一平面上；在套管(A3)的内部从左到右依次设置有球透镜(1)、自聚焦透镜(2)、输出端光纤束套芯(5)，在输出端光纤束套芯(5)的内部设置有输出端多模光纤(6)，输出端光纤束套芯(5)和输出端多模光纤(6)的左端面与球透镜(1)的焦点在同一平面上，球透镜(1)与套管(B7)的右端面紧密接触。
2、权利要求1中的一种多模多光纤功率耦合器的制备方法，其特征在于，该方法是按以下步骤实现的：
1)将输入多模光纤束(9)中每根光纤的前端去除外覆层，切平，将输入多模光纤束(9)插入输入端光纤束套芯(8)中并与输入端光纤束套芯(8)固定，制成多光纤接头；
2)将多光纤接头插入套管(B7)中并与套管(B7)固定，制成多光纤套管，在研磨机上将多光纤套管前端面抛光；
3)将输出端多模光纤(6)前端的光纤去除外覆层，切平，再将输出端多模光纤(6)插入输出端多模光纤套芯(5)中并与输出端多模光纤套芯(5)固定，制成单光纤接头，在抛光机上研磨抛光端面；
4)将单光纤接头的抛光的一端从套管(A3)的一端插入，将自聚焦透镜(2)和球透镜(1)依次从套管(A3)的另一端插入，自聚焦透镜(2)的前端与单光纤接头的抛光面紧密接触，单光纤接头的抛光面与球透镜(1)的焦点在同一平面上，球透镜(1)略陷入套管(A3)，将球透镜(1)、自聚焦透镜(2)和单光纤接头一起固定在套管(A3)中；
5)将套管(A3)的球透镜端面在抛光机上研磨抛光，直到刚好露出球透镜(1)，制成单光纤耦合套管；
6)将步骤2中的多光纤套管和步骤5中的单光纤耦合套管分别拧进套筒(4)，并且两个套管的抛光面相接触，同时用一定功率的光输入到输入多模光纤束(9)中，从输出端多模光纤(6)的输出光纤检测输出功率大小，调整套筒(4)内多光纤套管和单光纤耦合套管之间的距离，当获得最大的通光功率效率时，将其与套筒(4)固定。
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2006
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