CN206834506U - 一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，包括一块基板，所述基板上设置有凹形槽，凹形槽内沿其走向设置有一根信号光纤，所述泵浦光纤上并列铺设有两根泵浦光纤，所述泵浦光纤与信号光纤通过固定件连接为一体，泵浦光纤、信号光纤通过点胶与凹形槽固定为一体，所述泵浦光纤的熔接端为拉伸后的锥形段，所述锥形段与信号光纤熔接后信号光纤的熔接段具有倾斜度。本实用新型的封装结构中，通过简单的三道胶工序有效导出了可引起温升的杂散光，并对合束器温升点进行有效冷却，从而避免泵浦合束器的热损伤，实验证明该封装方式可实现数千瓦的泵浦功率耐受能力。

Description

一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其是涉及一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置。

背景技术

光纤泵浦合束器是光纤激光器的核心器件，主要用于将带尾纤的LD泵浦光耦合进入掺杂信号光纤中，从而产生激光或对激光进行放大。目前，应用最广泛的一类光纤泵浦合束器是基于熔融拉锥技术的全光纤型光纤泵浦合束器，该类合束器可分为端面泵浦型和侧面泵浦型两种类型。

其中，端面泵浦合束器的原理是将N根泵浦光纤（或N根泵浦管线加一根信号光纤）熔融拉锥后与输出信号光纤熔接，从而将泵浦光通过信号光纤的端面射入以实现耦合。而侧面泵浦型合束器的原理是通过一些技术手段如光栅、内透镜、V型槽等将泵浦光从侧面耦合进入信号光纤包层中。相较于端面型泵浦合束器，侧面泵浦合束器的优点显而易见：1）泵浦光的耦合不再局限于信号光纤的两个端面，而可以在信号光纤的任意位置实现耦合，从而可进一步实现更大泵浦光功率耦合，以及泵浦光在整根信号光纤的均匀耦合，同时也减小了端面耦合时产生的高温热效应；2）由于侧面泵浦合束器的信号光纤几乎没有变形，其信号光的损耗很小，因此，侧面泵浦型光纤合束器可用于后向泵浦式高功率光纤激光器中，从而优化或解决光纤激光器的非线性效应以及热效应引起的各类问题。

虽然侧面泵浦型光纤合束器有诸多优点，但由于其工艺的复杂性，目前其产品大多处于实验室研究阶段，市面上很难找到一款真正成熟的侧面泵浦型光纤合束器产品。

为此，迫切需要一种新的装置或方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，消除泵浦光在泵浦光纤中的全反射，从而使得泵浦光能顺利耦合进入信号光纤中。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，包括一块基板，所述基板上设置有凹形槽，凹形槽内沿其走向设置有一根信号光纤，所述信号光纤上并列铺设有两根泵浦光纤，所述泵浦光纤与信号光纤通过固定件连接为一体，泵浦光纤、信号光纤通过点胶与凹形槽固定为一体，所述泵浦光纤的熔接端为拉伸后的锥形段，所述锥形段与信号光纤熔接后信号光纤的熔接段具有倾斜度。

在上述技术方案中，所述泵浦光纤分为三段，第一段为腐蚀掉石英包层的裸纤段用于和信号光纤进行熔接，第二段为泵浦光纤的石英包层，第三段为泵浦光纤聚合物涂敷层。

在上述技术方案中，所述石英包层上的任一位置通过固定件将泵浦光纤与信号光纤进行固定。

在上述技术方案中，所述固定件为热缩套管。

在上述技术方案中，所述热缩套管收缩于泵浦光纤与信号光纤的锥区起始处。

在上述技术方案中，所述泵浦光纤和信号光纤与凹形槽具有三个固定胶点。

在上述技术方案中，其中一个固定胶点设置在泵浦光纤与信号光纤的固定连接件上，一个固定胶点设置在泵浦光纤的石英包层而信号光纤具有涂敷层的位置，最后一个固定胶点设置在单独的信号光纤涂覆层上。

在上述技术方案中，所述基板为金属基板。

一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器的封装方法，包括以下步骤：

步骤一：将两根泵浦光纤一端的涂敷层去掉，在这段去掉涂覆层的光纤段上保留一小段完整的裸光纤后，将余下裸光纤的石英包层腐蚀掉；

步骤二：将腐蚀掉石英包层的裸光纤拉伸成长锥形结构；

步骤三：取一根信号光纤，将信号光纤中间去除掉一段涂敷层，形成一段裸光纤；

步骤四：将两根拉制完成长锥区的泵浦光纤紧贴排列在这段信号光纤裸光纤段的同一侧，并利用固定连接件将泵浦光纤和信号光纤固定为一体；

步骤五：将固定好的裸光纤段利用氢氧焰进行加热，使得泵浦光纤微融于信号光纤上；

步骤六，将微融的信号光纤和泵浦光纤进行整体的微拉锥，使得泵浦光纤锥区与信号光纤之间形成一定的熔融深度；

步骤七：将拉伸完毕后的光纤放入到基板的凹形槽内，并通过在凹槽与光纤上点胶，通过胶将光纤固定在凹形槽内，并在基板上设置盖完成封装。

在上述技术方案中，所述泵浦光纤上腐蚀后剩下的石英包层的厚度为0~5um。

在上述技术方案中，所述泵浦光纤上的裸光纤为拉伸大度大于15mm、束腰直径小于40um的长锥结构。

在上述技术方案中，所述泵浦光纤的锥区长度小于信号光纤的裸光纤长度。

在上述技术方案中，所述裸光纤的束腰直径与初始直径的比值大于90%。

在上述技术方案中，所述凹形槽内的光纤具有三处胶点进行固定。

在上述技术方案中，所述胶为紫外高折胶，除开固定连接件上以外的紫外高折胶位置为刚好覆盖信号光裸纤两侧的涂覆层，而又未灌注到信号光纤裸纤上。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

去掉石英包层的泵浦光纤被拉制成长锥区，使得泵浦光的发散角在锥区传播过程中不断增大，当泵浦光纤从侧面与信号光纤熔接后，泵浦光可从侧面快速的耦合进入信号光纤中。泵浦光纤与信号光纤的熔融深度越大，其交叠区域越大，泵浦光越容易耦合，因此，将信号光纤和泵浦光纤进行整体的微拉锥，增大泵浦光纤锥区与信号光纤之间的熔融深度，从而明显增大泵浦耦合效率。该发明中的光纤波导结构为全光纤结构，通过光纤之间的直接熔接实现泵浦光耦合，因此可耐受千瓦量级的高功率的泵浦光。该发明的封装结构中，通过简单的三道胶工序有效导出了可引起温升的杂散光，并对合束器温升点进行有效冷却，从而避免泵浦合束器的热损伤，实验证明该封装方式可实现数千瓦的泵浦功率耐受能力。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是HF酸腐蚀泵浦光纤的石英包层的示意图；

图2是泵浦光纤被腐蚀掉石英包层的一段拉制形成的长锥区；

图3是（2+1）×1侧面型泵浦合束器三维示意图；

图4是对泵浦光纤锥区包含信号光纤区域进行微拉锥的结构示意图；

图5是（2+1）×1侧泵合束器封装结构示意图；

其中：1是信号光纤，1-1是涂敷层，1-2是裸光纤，2是泵浦光纤， 2-1是裸光纤，2-2是石英包层，2-3是涂敷层，3是固定连接件，4是金属基板，5是胶。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本发明中的合束器包括一根信号光纤和两根泵浦光纤，为消除泵浦光在泵浦光纤中的全反射，从而使得泵浦光能顺利耦合进入信号光纤中，两根泵浦光纤的石英包层需要被氢氟酸腐蚀掉绝大部分，腐蚀后的泵浦光纤石英包层直径仅比其石英纤芯大0~5um。例如图1所示，将石英包层已被腐蚀掉的泵浦光纤均拉制成长度大于15mm、束腰直径小于40um的长锥区，如图2所示。在信号光纤的中间去除掉一段涂覆层，形成一段长度大于泵浦光纤长锥区的裸光纤，然后将两根拉制完成长锥区的泵浦光纤紧贴排列在这段信号光纤裸光纤段的同一侧，并将一小段热缩管加热收缩于锥区起始处，从而将泵浦光纤长锥区紧贴固定在信号光纤裸纤上。如图3所示。最后，将上述波导结构置于氢氧焰上加热，待泵浦光纤锥区微融于信号光纤后再对泵浦光纤锥区包含信号光纤的整个区域进行微拉锥，使得泵浦光纤锥区与信号光纤之间形成一定的熔融深度，从而促使泵浦光向信号光纤的耦合，如图4所示。进行微拉锥工艺后，信号光纤也存在一斜率很小的锥区，其束腰直径与初始直径的比值大于90%，熔融深度d约为数微米至数十微米。

本发明的合束器的封装结构如图5所示，将制成的（2+1）×1侧面融锥型泵浦合束器波导结构置于一带凹槽的金属基板上，然后分别在靠近信号光纤裸纤的两端信号光纤涂覆层上以及热缩管上灌注一定长度的紫外高折胶，从而将合束器固定在金属基板上，且通过灌注的三处紫外高折胶将合束器中的杂散光导出并对因吸收杂散光而导致的温升进行冷却。为了有效冷却信号光纤涂覆层对杂散光的吸收而导致的温升，紫外高折胶点胶的位置应刚好覆盖信号光裸纤两侧的涂覆层，而又未灌注到裸纤上，否则会引起泵浦光的大量泄露。

实施例：

泵浦光纤220um/242um/0.22，信号光纤20um/400um/0.06/0.46

首先，用两根型号为220um/242um/NA0.22的多模光纤充当泵浦光纤，将泵浦光纤的一端约12cm的涂覆层去除掉，然后将这端去除涂覆层的光纤的石英包层用氢氟酸溶液腐蚀掉大部分，使得其石英包层的直径由242um减小至224um，石英包层被腐蚀的长度约为10cm；

然后，用光纤拉锥机在石英包层被腐蚀掉的泵浦光纤裸纤上拉制一段长度为25mm、束腰直径36um的长锥区，将型号为20um/400um/0.06/0.46信号光纤的中间一段长约8cm的涂覆层去掉，露出信号光纤的裸纤，将拉制好长锥区的两根泵浦光纤紧贴排列在信号光纤的上侧，然后用一段长约2mm的铁氟龙热缩管穿过泵浦光纤和信号光纤，并加热固定于泵浦光纤的锥区起始段；

然后，用热源将泵浦光纤整个锥区微微熔融在信号光纤上并进行微拉锥工艺，使得泵浦光纤锥区涵盖的一段信号光纤形成一个初始直径为400um，束腰直径为385um，锥区长度约8mm的锥区；

最后，对(2+1)×1侧面泵浦合束器进行封装，将以上形成的波导结构悬空固定于铝制基板的凹槽内，然后分别在靠近信号光纤裸纤的两端信号光纤涂覆层上以及热缩管上灌注一定长度的紫外高折胶。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于包括一块基板，所述基板上设置有凹形槽，凹形槽内沿其走向设置有一根信号光纤，所述信号光纤上并列铺设有两根泵浦光纤，所述泵浦光纤与信号光纤通过固定件连接为一体，泵浦光纤、信号光纤通过点胶与凹形槽固定为一体，所述泵浦光纤的熔接端为拉伸后的锥形段，所述锥形段与信号光纤熔接后信号光纤的熔接段具有倾斜度。

2.根据权利要求1所述的一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于所述泵浦光纤分为三段，第一段为裸纤段用于和信号光纤进行熔接，第二段为腐蚀泵浦光纤涂覆层的石英包层，第三段为没有腐蚀的涂敷层。

3.根据权利要求2所述的一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于所述石英包层上的任一位置通过固定件将泵浦光纤与信号光纤进行固定。

4.根据权利要求3所述的一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于所述固定件为热缩套管。

5.根据权利要求4所述的一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于所述热缩套管收缩于泵浦光纤与信号光纤的锥区起始处。

6.根据权利要求1所述的一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于所述泵浦光纤和信号光纤与凹形槽具有三个固定胶点。

7.根据权利要求6所述的一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于其中一个固定胶点设置在泵浦光纤与信号光纤的固定连接件上，一个固定胶点设置在泵浦光纤与信号光纤均具有涂敷层的位置，最后一个固定胶点设置在单独的信号光纤上。

8.根据权利要求1所述的一种（2+1）×1侧面融锥型光纤泵浦合束器及其封装装置，其特征在于所述基板为金属基板。