CN214704084U - 一种全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器 - Google Patents

Abstract

一种全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器属于光纤合束器制作技术领域。其包括信号光纤，多根泵浦光纤和过渡光纤组合而成；所述过渡光纤的一端进行熔融拉锥，另一端未拉锥部分与泵浦光纤熔接，过渡光纤的锥区缠绕到信号光纤被剥除涂覆层位置处；泵浦光通过泵浦光纤进入过渡光纤耦合到信号光纤包层内，经过耦合后，信号光纤产生中红外激光从另一端输出。信号光纤为掺杂稀土离子的双包层结构的氟化物软玻璃光纤，可支持2.5‑3.1μm波段的中红外激光的产生和传输，利用到中红外光纤激光器和光纤放大器中可实现中红外光纤激光器全光纤化。

Description

一种全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器

技术领域

本实用新型属于光纤合束器制作技术领域，涉及一种全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器。

背景技术

中红外波段的光纤激光器在大气监控、环境保护、激光遥感、激光指导、光电对抗等领域有重要的应用价值，利用中红外波段的分子特征吸收谱线可以进行气体检测和光谱分析。目前，3μm左右的中红外光纤激光器成为研究人员的研究热点。而目前实现中红外激光的输出需要利用掺杂稀土离子的ZBLAN光纤进行空间光的泵浦耦合，空间光的耦合在一定程度上损耗大，并且光束质量差。故实现中红外光纤激光器全光纤化则需对中红外光纤泵浦合束器进行研制。

光纤合束器作为光纤激光器核心器件之一，在光纤激光器中起到了提供泵浦光的重要作用。在近红外光纤合束器方面，技术已经成熟，利用端面泵浦或者侧面泵浦的方式，泵浦耦合效率可达99％以上。但由于中红外光纤是由氟化物软玻璃制得而成，熔点比石英光纤低，熔接技术受限于氟化物软玻璃光纤的物理特性，熔接后的质量差，利用熔接的端面泵浦耦合方式在高功率泵浦下会导致熔点的损坏，乃至光纤的损坏，所以在制作中红外光纤合束器方面一般采用侧面泵浦的方式进行耦合。

然而侧面泵浦的方式主要有V型槽空间耦合法，泵浦光纤磨抛法，泵浦光纤拉锥贴服法。V型槽空间耦合法存在着反向传输的泵浦光从V型槽处泄露的危险，造成泵浦光损耗；而泵浦光纤磨抛法和拉锥贴服法因对泵浦光纤进行处理，故将会有更多的泵浦光耦合到信号光纤包层内，但仍然存在着结构不稳定，泵浦光纤易从信号光纤脱落的问题。为此，如何将泵浦光有效的从泵浦光纤耦合到信号光纤包层内，并保证光纤合束器结构的稳定性，不破坏信号光纤的结构成为了目前研究中红外光纤合束器的技术关键。解决此问题，可以将中红外光纤合束器应用到中红外光纤振荡器和放大器中。避免了空间耦合带来的光损耗和光束质量变差的问题，实现中红外光纤激光器的全光纤化。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，采用侧面泵浦的方式，对泵浦光纤进行拉锥处理，泵浦耦合效率高，能实现中红外波段3μm左右的中红外波段激光输出，实现中红外激光器的全纤化，且结构简单，易于推广与生产。

本实用新型提供了“一种全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器”的制作方法，由信号光纤、泵浦光纤、过渡光纤组成；包括信号光纤和多根应用在信号光纤上的泵浦光纤和过渡光纤；所述信号光纤需要将与泵浦光纤耦合部分的涂覆层剥除；所述过渡光纤为无纤芯的石英光纤，过渡光纤的包层尺寸应与泵浦光纤的包层尺寸相匹配；所述过渡光纤的一端被剥除涂覆层后进行熔融拉锥，所述泵浦光纤与熔融拉锥后过渡光纤的未拉锥一端进行熔接，在制作平台上，通过缠绕的方式将熔融拉锥后的过渡光纤固定在信号光纤被剥除涂覆层的位置，构建泵浦耦合区；耦合区利用紫外固化树脂对过渡光纤与信号光纤相对缠绕位置进行固定；泵浦光依次进入泵浦光纤和过渡光纤，经过耦合后，进入到信号光纤包层内。由于泵浦光通过过渡光纤缠绕从信号光纤的侧面耦合进入光纤包层内，故本实用新型的泵浦方式为侧面泵浦方式。

所述信号光纤为双包层结构掺杂稀土离子的氟化物软玻璃光纤，纤芯内满足掺杂离子为铒或者铥的均可，纤芯、内包层和外包层均为氟化物软玻璃材料；信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.5之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为 125-600μm，内包层直径范围为125-300μm。所述信号光纤的纤芯须满足 2.5-3.1μm的激光传输。

所述信号光纤的数值孔径须满足2.5-3.1μm波段的中红外信号激光束缚在纤芯内，使信号光低损耗传输；所述信号光纤的内包层数值孔径须支持 793nm，980nm，1150nm和1550nm的泵浦光传输；所述信号光纤的内包层数值孔径须束缚泵浦光在内包层中传输，经过耦合区后，信号光纤的内包层传输泵浦光，纤芯产生和传输信号光。

所述信号光纤为双包层结构掺锗的石英光纤；信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.6之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为125-600μm，内包层直径范围为 125-300μm；所述信号光纤的纤芯须满足2μm的激光产生与传输。

所述的泵浦光纤为多模石英光纤，纤芯的直径范围为105-400μm，包层直径范围为125-600μm；泵浦光纤可容纳793nm，80nm，1150nm和1550nm激光在光纤内传输。

所述的泵浦光纤的数量可以为一根或多根；当采用多根泵浦光纤时，所有泵浦光纤均一对一与过渡光纤熔接。

所述的过渡光纤的数量可以为一根或多根；当采用多根过渡光纤时，所有过渡光纤均一对一与泵浦光纤熔接，并在耦合区信号光纤被剥除涂覆层位置上并排分布。

所述的过渡光纤熔融拉锥过程拉锥比即为过渡光纤未拉锥包层直径与拉锥后包层锥腰直径之比，数值在5-20之间，拉锥锥区长度的选取要求泵浦光纤内泵浦光能传输到信号光纤内，故拉锥锥区长度选区大于1cm。

制作平台由信号光纤固定平台，泵浦光纤固定平台和封装平台组成，平台均可进行三维调整。

所述信号光纤与过渡光纤，泵浦光纤组成的耦合区光纤贴合方式为过渡光纤拉锥部分进行缠绕，缠绕的圈数范围3-7圈，缠绕的角度<27°，每圈缠绕的距离相等；当缠绕圈数小于3圈时，过渡光纤易松动，缠绕不牢固，当缠绕圈数大于7圈数时，在同等过渡光纤长度下，缠绕的角度将大于27°，由于需要将泵浦光耦合进信号光纤的包层内，当缠绕的角度将大于27°时，泵浦光将会泄露出信号光纤的包层，造成泵浦光损耗，故要求缠绕角度<27°，就要控制缠绕的圈数范围3-7圈的情况下，还要要求每圈缠绕的距离相等。

所述紫外固化树脂的折射率，应与信号光纤的涂覆层折射率相同，粘度应可使信号光纤和过渡光纤的缠绕位置进行调整可移动，硬度应使信号光纤和过渡光纤固化后在外力拉拽情况下无移动。

本实用新型制作的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，有益效果在于：

1、结构简单，可以在信号光纤的任意位置制作合束器，并且可以实现多根过渡光纤同时进行泵浦，泵浦光纤可以支持793nm，980nm，1150nm和 1550nm的激光传输，信号光纤既是输入光纤又是输出光纤，省略了输入光纤与输出光纤熔接步骤，减小了熔接带来的损耗，直接通过信号光纤输出中红外波段的激光。

2、利用过渡光纤，对过渡光纤进行熔融拉锥处理，增大了过渡光纤与信号光纤的接触面积，避免了由于对泵浦光纤直接拉锥造成泵浦光损耗，使更多的泵浦光通过过渡光纤耦合到信号光纤的包层内。

3、未对信号光纤进行处理，保证了氟化物软玻璃光纤的物理特殊性，使更多的泵浦光耦合到信号光纤包层内，提升了泵浦光耦合效率。

4、采用缠绕的方式将过渡光纤与信号光纤紧密贴合，控制缠绕的角度，可以使更多的泵浦光耦合进信号光纤包层内，实现高效率耦合。

5、制作平台分为信号光纤固定平台，泵浦光纤固定平台和封装平台组成，均可以进行三维调整，使信号光纤在固定后与操作平台平面处于平行状态，并在实验过程中不改变平行状态下进行过渡光纤的缠绕，再调整泵浦光纤固定平台，使过渡光纤锥区与信号光纤紧密贴合。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器缠绕3圈的耦合区纵向剖面示意图。

图2为本实用新型实施的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器中拉锥后过渡光纤和泵浦光纤组合光纤的纵向剖面示意图。

图3为图1基础上全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器制作平台示意图。

图4为图1基础上缠绕两根泵浦光纤的中红外波段光纤合束器纵向剖面示意图

图中：1、过渡光纤；11、过渡光纤锥区；12、过渡光纤锥腰；2、泵浦光纤；21、泵浦光纤纤芯；22、泵浦光纤包层；3、熔点；4、信号光纤；5、第二根过渡光纤；61、信号光纤左固定平台；62、信号光纤右固定平台；63、泵浦光纤固定平台；64、封装平台；71、信号光纤左固定平台光纤夹具；72、信号光纤右固定平台光纤夹具；73泵浦光纤固定平台光纤夹具；8、封装盒。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示本实施例中所述缠绕圈数为3圈；所述信号光纤4距离端面 10cm-50cm处进行涂覆层剥除，固定在制作平台信号光纤左固定平台61上的夹具71和信号光纤右固定平台62上的夹具72上；所述过渡光纤1一端熔融拉锥后，另一端与泵浦光纤2一端熔接，形成泵浦光纤2与拉锥后过渡光纤1 的光纤组合。将泵浦光纤2与拉锥后过渡光纤1的光纤组合中过渡光纤锥区 11缠绕在信号光纤4被剥除涂覆层位置，过渡光纤锥区11的光纤直径从与锥腰12连接处开始是从小到大的渐变过程，缠绕3圈，缠绕的角度<27°，每圈缠绕的距离相等，将过渡光纤完整的锥区11全都缠绕在信号光纤4的包层上；过渡光纤锥腰12与信号光纤4并列平行排布，位于信号光纤4的正下方；缠绕完成后将过渡光纤1固定在泵浦光纤固定平台63上的光纤夹具73上，利用制作平台泵浦光纤固定平台63将过渡光纤1移动至信号光纤4的正下方，依旧与信号光纤4保持并列排布；移动封装平台64，将信号光纤4与过渡光纤1组成的合束器放置封装盒8内，耦合区利用紫外固化树脂将过渡光纤1 与信号光纤4相对缠绕位置固定，并固定在封装盒8内。

所述过渡光纤为无纤芯的石英光纤，过渡光纤的包层尺寸应与泵浦光纤的包层尺寸相匹配。

所述的泵浦光纤为多模石英光纤，泵浦光纤可容纳793nm，980nm， 1150nm和1550nm激光在光纤内传输。

所述信号光纤为双包层结构掺杂稀土离子的氟化物软玻璃光纤，纤芯内满足掺杂离子为铒或者铥的均可，纤芯、内包层和外包层均为氟化物软玻璃材料；信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.5之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为 125-600μm，内包层直径范围为125-300μm。所述信号光纤的纤芯须满足 2.5-3.1μm的激光传输。

所述信号光纤的数值孔径须满足2.5-3.1μm波段的中红外信号激光束缚在纤芯内，使信号光低损耗传输；所述信号光纤的内包层数值孔径须支持 793nm，980nm，1150nm和1550nm的泵浦光传输；所述信号光纤的内包层数值孔径须束缚泵浦光在内包层中传输，经过耦合区后，信号光纤的内包层传输泵浦光，纤芯产生和传输信号光。

所述信号光纤为双包层结构掺锗的石英光纤；信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.6之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为125-600μm，内包层直径范围为 125-300μm；所述信号光纤的纤芯须满足2μm的激光产生与传输。

所述紫外固化树脂的折射率，应与信号光纤的涂覆层折射率相同，粘度应可使信号光纤和过渡光纤的缠绕位置进行调整可移动，硬度应使信号光纤和过渡光纤固化后在外力拉拽情况下无移动。

如图2所述本实施例中所述过渡光纤1的一端被剥除涂覆层后进行熔融拉锥，锥区11长度比锥腰12长度长，在锥腰12与后锥区(图中未画)接触处垂直切割；所述泵浦光纤2的一端被剥除涂覆层，留有泵浦光纤纤芯21和包层22，并与被剥除涂覆层的过渡光纤1另一端熔接，形成熔点3，构建泵浦光纤2与拉锥后过渡光纤1的光纤组合。

如图3所述本实施例中所述制作平台固定信号光纤4、过渡光纤1和进行合束器封装平台。所述信号光纤4固定在信号光纤左固定平台61上的夹具71 和信号光纤右固定平台62上的夹具72上；所述过渡光纤1缠绕到信号光纤4 被剥除涂覆层位置，将过渡光纤1固定在泵浦光纤固定平台63上的光纤夹具 73上，利用制作平台泵浦光纤固定平台63将过渡光纤1移动至信号光纤4的正下方，依旧保持过渡光纤1与信号光纤4保持并列排布；所述封装平台64 移动到合束器正下方，利用紫外固化树脂对耦合区过渡光纤与信号光纤相对缠绕位置进行固定，并固定在封装盒8内。

如图4所述本实施例中所述缠绕两根泵浦光纤情况，所述信号光纤4进行涂覆层剥除，固定在制作平台信号光纤左固定平台61上的夹具71和信号光纤右固定平台62上的夹具72上；所述过渡光纤1和5一端熔融拉锥后，另一端与泵浦光纤一端熔接；所述过渡光纤1和5并列紧贴缠绕在信号光纤4 被剥除涂覆层位置，均缠绕3圈，缠绕的角度<27°，每圈缠绕的距离相等，过渡光纤锥腰与信号光纤4并列排布，位于信号光纤4的正下方；缠绕完成后将过渡光纤1和5固定在泵浦光纤固定平台63上的光纤夹具73上，利用制作平台泵浦光纤固定平台63将过渡光纤1和5移动至信号光纤4的正下方，依旧与信号光纤4保持并列排布；所述封装平台64移动到信号光纤4正下方，利用紫外固化树脂对耦合区过渡光纤1和5与信号光纤4相对缠绕位置进行固定，并固定在封装盒8内。

本实用新型可以由N根过渡光纤1和泵浦光纤2从侧面与信号光纤4结合，制成可用于中红外波段的N×1光纤合束器和(N+1)×1光纤合束器。

本实用新型实现了将泵浦光直接从中红外信号光纤侧面进入包层内，稳定性好。应用到中红外光纤激光器中可使中红外光纤激光器实现全光纤化，并且多根泵浦光纤同时泵浦可制得高功率全光纤化中红外光纤激光器。

以上仅为本实用新型专利的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型专利，对于本领域的技术人员来说，本实用新型专利可以有各种更改和变化。凡在本实用新型专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于：所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器包括中红外波段的信号光纤、至少一根泵浦光纤和过渡光纤熔接而成的组合光纤；所述信号光纤在距离端面10cm-50cm处进行涂覆层的剥除；所述过渡光纤为无纤芯的石英光纤；所述过渡光纤一端进行熔融拉锥，再将未拉锥的一端与泵浦光纤熔接，将与泵浦光纤熔接的过渡光纤锥区通过缠绕的方式与信号光纤被剥除涂覆层位置紧密贴合，构建耦合区；耦合区通过紫外固化树脂对过渡光纤与信号光纤相对缠绕位置进行固定；泵浦光通过泵浦光纤进入过渡光纤耦合到信号光纤的包层内，直接产生中红外激光，经信号光纤的另一端输出。

2.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述信号光纤为双包层结构的掺杂稀土离子铒或者铥非石英材料的氟化物软玻璃光纤；信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.6之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为125-600μm，内包层直径范围为125-300μm；所述信号光纤的纤芯须满足2.5-3.1μm的激光产生与传输。

3.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述信号光纤为双包层结构掺锗的石英光纤；信号光纤的纤芯数值孔径在0.1-0.3之间，内包层和外包层的数值孔径在0.4-0.6之间；纤芯的直径范围为2.5-30μm，外包层的直径范围为125-600μm，内包层直径范围为125-300μm；所述信号光纤的纤芯须满足2μm的激光产生与传输。

4.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述信号光纤的内包层数值孔径须支持793nm，980nm，1150nm和1550nm的泵浦光传输；所述信号光纤的内包层数值孔径须束缚泵浦光在内包层中传输，经过耦合区后，信号光纤的内包层传输泵浦光，纤芯产生和传输信号光。

5.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述泵浦光纤为多模的石英光纤，纤芯的直径范围为105-400μm，包层直径范围为125-600μm；泵浦光纤可容纳793nm，80nm，1150nm和1550nm激光在光纤内传输。

6.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述过渡光纤和泵浦光纤的数量为一根或多根；当采用多根过渡光纤时，所有过渡光纤均一对一与泵浦光纤熔接，并在耦合区信号光纤被剥除涂覆层位置上并排分布。

7.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述的过渡光纤熔融拉锥过程拉锥比即为过渡光纤未拉锥包层直径与拉锥后包层锥腰直径之比，数值在5-20之间，拉锥锥区长度的选取要求泵浦光纤内泵浦光能传输到信号光纤内，故拉锥锥区长度选区大于1cm。

8.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述信号光纤与过渡光纤，泵浦光纤组成的耦合区光纤贴合方式为过渡光纤拉锥部分进行缠绕，缠绕的圈数范围3-7圈，缠绕的角度<27°，每圈缠绕的距离相等。

9.如权利要求1所述的全光纤侧面泵浦的中红外波段光纤合束器，其特征在于，所述紫外固化树脂的折射率，应与信号光纤的涂覆层折射率相同，粘度应可使信号光纤和过渡光纤的缠绕位置进行调整可移动，硬度应使信号光纤和过渡光纤固化后在外力拉拽情况下无移动。

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