CN220709396U - 一种光纤模场转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤技术领域，特别是涉及一种光纤模场转换器，包括输入光纤和输出光纤，输入光纤的模场大于输出光纤，输入光纤的一端设有直径均匀减小的锥形过渡区，锥形过渡区的端部与输出光纤熔接，输入光纤和输出光纤均为对应设置的三包层光纤或四包层光纤，输入光纤的纤芯与各包层的直径比等于输出光纤的纤芯与各包层的直径比。有益效果：输入光纤和输出光纤的纤芯和各包层的直径等比例相等，拉锥后，锥形过渡区的端部与输出光纤的纤芯和各个包层都刚好一一对应的匹配在一起，二者匹配度高，可应用于三包层/四包层光纤的模场转换；不仅纤芯可以传送激光，指定的包层也可以满足传送激光的需求，传输效率高，可用于双光束激光器。

Description

一种光纤模场转换器

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，特别是涉及一种光纤模场转换器。

背景技术

近年来，随着光纤制作工艺和技术的进一步发展，越来越多的多包层结构光纤被设计生产且应用于光纤激光器中。

通常，激光在光纤中只能由较小模场向较大模场方向传输，一方面是由于激光由较大光纤模场的光纤直接通向较小模场的光纤会损耗严重，耦合效率极低；另一方面是过大的损耗会造成两光纤熔接区域发热严重引起无法承载高功率。而模场转换器通常是通过拉锥的方式在常规光纤上制作一个锥形结构，使得激光传输的模场在锥形结构光纤中逐渐变化，最终与后端光纤模场实现匹配。

现有的光纤模场转换器以双包层光纤结构为基础，仅能满足单激光束沿着纤芯传输或同时沿着纤芯和包层传输，无法实现多束激光选择性的在纤芯或特定包层传输，不能应用于双光束激光的传输，同时，这种模场转换器无法应用三包层/四包层光纤结构的光路系统中。有鉴于此，需要设计一种基于三包层/四包层的新型光纤模场转换器，以解决这一问题。

实用新型内容

为克服现有技术无法应用三包层/四包层光纤结构的光路系统的技术缺陷，本实用新型提供一种光纤模场转换器，可应用于三包层/四包层光纤之间的模场转换。

本实用新型采用的技术解决方案是：一种光纤模场转换器，包括输入光纤和输出光纤，所述输入光纤的模场大于输出光纤，所述输入光纤的一端设有直径均匀减小的锥形过渡区，所述锥形过渡区的端部与输出光纤熔接，所述输入光纤和输出光纤均为对应设置的三包层光纤或四包层光纤，所述输入光纤的纤芯与各包层的直径比等于输出光纤的纤芯与各包层的直径比。

进一步的，所述锥形过渡区的端部与输出光纤的直径一致。

进一步的，所述三包层光纤包括第一纤芯，所述第一纤芯外依次包覆有第一内包层和第一外包层，所述第一纤芯形成第一传输区域，所述第一纤芯和第一内包层形成第二传输区域。

进一步的，所述第一纤芯的直径为10um-400um，所述第一内包层的直径为50um-600um，所述第一外包层的直径为70um-800um。

进一步的，所述第一外包层的外侧包覆有第一外涂覆层，所述第一外涂覆层的直径为100um-1000um。

进一步的，所述四包层光纤包括第二纤芯，所述第二纤芯外依次包覆有第二内包层、第二中包层和第二外包层，所述第二纤芯形成第三传输区域，所述第二中包层形成第四传输区域。

进一步的，所述第二纤芯的直径为10um-400um，所述第二内包层的直径为50um-600um，所述第二中包层的直径为70um-800um，所述第二外包层的直径为100um-1000um。

进一步的，所述第二外包层的外侧包覆有第二外涂覆层，所述第二外涂覆层的直径为120um-1200um。

综上所述，本实用新型的有益效果是：输入光纤和输出光纤的纤芯和各包层的直径等比例相等，拉锥后，锥形过渡区的纤芯和各包层等比例缩小，最终锥形过渡区的端部与输出光纤的纤芯和各个包层都刚好一一对应的熔接在一起，二者匹配度高，可应用于三包层/四包层光纤的模场大小转换；应用于三包层的光路系统时，输出的光束质量更好，可实现在同等功率情况下更小芯经输出或更高亮度输出；应用于四包层的光路系统时，激光沿第二纤芯和第二中包层传输，使用时两个传光区域互不干涉影响，可用于双光束激光器的模式转换，输出的激光为互不干扰的中芯和环形光斑结构，可大幅降低激光焊接过程中产生的飞溅颗粒。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图。

图2为实施例1中输入光纤或输出光纤的截面图和折射率图。

图3为本实用新型实施例2的结构示意图。

图4为实施例2中输入光纤或输出光纤的截面图和折射率图。

附图标记说明：

1、输入光纤；2、输出光纤；11、锥形过渡区；31、第一纤芯；32、第一内包层；33、第一外包层；34、第一外涂覆层；41、第二纤芯；42、第二内包层；43、第二中包层；44、第二外包层；45、第二外涂覆层。

实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

本实用新型提供一种光纤模场转换器，包括输入光纤1和输出光纤2，所述输入光纤1的模场大于输出光纤2，输入光纤1的一端与输出光纤2熔接在一起，具体的，所述输入光纤1的一端设有直径均匀减小的锥形过渡区11，所述锥形过渡区11的端部与输出光纤2的直径一致，所述锥形过渡区11的端部与输出光纤2熔接；所述输入光纤1和输出光纤2均为对应设置的三包层光纤或四包层光纤，即：输入光纤1和输出光纤2所使用的光纤种类相同，输入光纤1为三包层光纤时，输出光纤2也使用三包层光纤，输入光纤1为四包层光纤时，输出光纤2也使用四包层光纤。

所述输入光纤1的纤芯与各包层的直径比等于输出光纤2的纤芯与各包层的直径比，这种结构的光纤拉锥后，锥形过渡区11的端部与输出光纤2的纤芯和各个包层都刚好一一对应的匹配在一起，锥形过渡区11的端部与输出光纤2匹配度高，传输效率高，可用于双光束的模式转换。

实施例1

如图1、2所示，本实施例提供一种光纤模场转换器，本实施例中的输入光纤1和输出光纤2均为三包层光纤，所述三包层光纤包括第一纤芯31，所述第一纤芯31外依次包覆有第一内包层32和第一外包层33，所述第一纤芯31、第一内包层32和第一外包层33的折射率依次减小，所述第一纤芯31形成第一传输区域，所述第一纤芯31和第一内包层32形成第二传输区域，第一纤芯31可传输激光，第一内包层32可传输泵浦光，相较于传统双包层模式转换器，既可用于单光束的模式转换，也可用于双光束的模式转换，应用范围广泛，用于单光束激光时，同等功率下输出的激光亮度更高。

在本实施例中，所述第一纤芯31的直径为10um-400um，所述第一内包层32的直径为50um-600um，所述第一外包层33的直径为70um-800um。

本实施例中，输入光纤1的第一纤芯31直径为40um，第一内包层32直径为120um，第一外包层33直径为200um。

输出光纤2的第一纤芯31直径为20um，第一内包层32直径为60um，第一外包层33直径为100um。

拉锥后，输入光纤1的锥形过渡区11的端部的第一纤芯31直径为20um，第一内包层32直径为60um，第一外包层33直径为100um，即锥形过渡区11的端部和输出光纤2的第一纤芯31、第一内包层32和第一外包层33的直径均相等，二者的熔接匹配度高，使第一内包层32也可以满足光路传输需求。

在本实施例中，所述第一外包层33的外侧包覆有第一外涂覆层34，所述第一外涂覆层34的直径为100um-1000um，具体的，第一外涂覆层34的直径为280um，在其他一些实施例中，第一外涂覆层34的直径根据需要设置。

实施例2

如图3、4所示，本实施例提供一种光纤模场转换器，与实施例1不同的是，本实施例中的输入光纤1和输出光纤2均为四包层光纤，所述四包层光纤包括第二纤芯41，所述第二纤芯41外依次包覆有第二内包层42、第二中包层43和第二外包层44，所述第二纤芯41的折射率大于第二内包层42的折射率，所述第二中包层43的折射率大于第二内包层42和第二外包层44的折射率，使第二纤芯41形成第三传输区域，所述第二中包层43形成第四传输区域，第三传输区域和第四传输区域内均可传输激光，且第三传输区域和第四传输区域被第二内包层42分隔开，使用时两个传光区域互不干涉影响，可用于双光束激光器的模式转换，输出的激光为互不干扰的中芯和环形光斑结构，可大幅降低激光焊接过程中产生的飞溅颗粒。

在本实施例中，所述第二纤芯41的直径为10um-400um，所述第二内包层42的直径为50um-600um，所述第二中包层43的直径为70um-800um，所述第二外包层44的直径为100um-1000um。

在本实施例中，输入光纤1的第二纤芯41直径为40um，第二内包层42直径为120um，第二中包层43直径为200um，第二外包层44直径为280um。

输出光纤2的第二纤芯41直径为20um，第二内包层42直径为60um，第二中包层43直径为100um，第二外包层44直径为140um。

拉锥后，输入光纤1的锥形过渡区11的端部的第二纤芯41直径为20um，第二内包层42直径为60um，第二中包层43直径为100um，第二外包层44直径为140um，即锥形过渡区11的端部和输出光纤2的第二纤芯41、第二内包层42、第二中包层43和第二外包层44的直径均相等，二者的熔接匹配度高，使第二纤芯41、第二中包层43均可满足传输激光的需求。

在本实施例中，所述第二外包层44的外侧包覆有第二外涂覆层45，所述第二外涂覆层45的直径为120um-1200um，具体的，所述第二外涂覆层45的直径为360um，在其他一些实施例中，第二外涂覆层45的直径根据需要设置。

上述实施例提供的一种光纤模场转换器的制备方法为：

S10：去除输入光纤1和输出光纤2的外涂覆层；S20：使用热源将输入光纤1加热；S30：使用拉锥设备将S20中加热后的输入光纤1进行拉锥，得到两个锥形过渡区11；S40：切割S30拉锥后的输入光纤1，得到两个输入光纤1；S50：将输入光纤1形成有锥形过渡区11的一端与输出光纤2熔接；S60：给熔接在一起的输入光纤1和输出光纤2包覆外涂覆层。

工作原理：首先，通过设置纤芯和各个包层的折射率，使激光在设定的传输通道内传输，解决了现有的模式转化器不能用于双光束激光器的问题；其次，通过加热、拉锥、切割的方式在输入光纤1的一端形成锥形过渡区11，锥形过渡区11的端部与输入光纤1的直径相等，而且输入光纤1的纤芯与各包层的直径比等于输出光纤2的纤芯与各包层的直径比，使锥形过渡区11的端部与输出光纤2的纤芯和各个包层都刚好一一对应的匹配在一起，二者匹配度高，不仅纤芯可以传送激光，指定的包层也可以满足传送激光的需求，传输效率高，可用于双光束的模式转换。

以上实施例显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明创造的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种光纤模场转换器，其特征在于，包括输入光纤和输出光纤，所述输入光纤的模场大于输出光纤，所述输入光纤的一端设有直径均匀减小的锥形过渡区，所述锥形过渡区的端部与输出光纤熔接，所述输入光纤和输出光纤均为对应设置的三包层光纤或四包层光纤，所述输入光纤的纤芯与各包层的直径比等于输出光纤的纤芯与各包层的直径比。

2.根据权利要求1所述的一种光纤模场转换器，其特征在于，所述锥形过渡区的端部与输出光纤的直径一致。

3.根据权利要求1所述的一种光纤模场转换器，其特征在于，所述三包层光纤包括第一纤芯，所述第一纤芯外依次包覆有第一内包层和第一外包层，所述第一纤芯形成第一传输区域，所述第一纤芯和第一内包层形成第二传输区域。

4.根据权利要求3所述的一种光纤模场转换器，其特征在于，所述第一纤芯的直径为10um-400um，所述第一内包层的直径为50um-600um，所述第一外包层的直径为70um-800um。

5.根据权利要求3所述的一种光纤模场转换器，其特征在于，所述第一外包层的外侧包覆有第一外涂覆层，所述第一外涂覆层的直径为100um-1000um。

6.根据权利要求1所述的一种光纤模场转换器，其特征在于，所述四包层光纤包括第二纤芯，所述第二纤芯外依次包覆有第二内包层、第二中包层和第二外包层，所述第二纤芯形成第三传输区域，所述第二中包层形成第四传输区域。

7.根据权利要求6所述的一种光纤模场转换器，其特征在于，所述第二纤芯的直径为10um-400um，所述第二内包层的直径为50um-600um，所述第二中包层的直径为70um-800um，所述第二外包层的直径为100um-1000um。

8.根据权利要求6所述的一种光纤模场转换器，其特征在于，所述第二外包层的外侧包覆有第二外涂覆层，所述第二外涂覆层的直径为120um-1200um。