CN221303622U - 实现耐高温高功率wdm及光隔离的组合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，包括第三玻璃套管、隔离组件、单纤准直器、双纤准直器、光学滤片，所述的双纤准直器的一侧设置有隔离组件，所述隔离组件的另一侧设置有单纤准直器，在所述单纤准直器设置有出射光纤，所述光学滤片的分光膜设置在靠近所述双纤准直器的一侧。采用了本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，降低了在105℃以上环境长时间工作失效的风险。同时双纤pigtail和单纤pigtail的光纤端面都分别连接有空心或多模光纤，降低了光纤端面的光能量密度，显著提高大功率激光损伤阈值。集成了WDM和隔离器件于一体，具有高集成度、高可靠性、小型化和成本低的特点。

Description

实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，尤其涉及光纤激光器领域，具体是指一种实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置。

背景技术

1.5um激光雷达的中的光纤激光器中的需要使用合束器对泵浦光进行耦合，在合束器之后需要用隔离器对反向传输的光进行隔离，用以保护激光器。

目前常规光纤激光器中合束器使用的有源或无源双包层光纤都是通信级别光纤，其结构组成中最外层聚酯涂覆层耐温只有85℃，即使采用三包层结构，第三包层采用耐高温特种聚酯，但在第二包层与第三包层涂覆层之间仍然存在一层耐温只有85℃的低折聚酯涂层，在激光雷达105℃以上环境长期工作时会出现性能下降、光纤损伤等失效情况。

因此采取目前方案的激光雷达存在高温工作情况时有源光纤效率下降，造成激光雷达输出信号弱，可靠性差等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足结构简单、可靠性好、适用范围较为广泛的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置。

为了实现上述目的，本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置如下：

该实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其主要特点是，所述的装置包括第三玻璃套管、隔离组件、单纤准直器、双纤准直器、光学滤片，所述的双纤准直器的一侧设置有隔离组件，所述隔离组件的另一侧设置有单纤准直器，在所述单纤准直器设置有出射光纤，所述光学滤片的分光膜设置在靠近所述双纤准直器的一侧。

较佳地，所述的单纤准直器包括第二透镜、第二玻璃套管和单纤尾纤，所述的单纤尾纤包括聚酰亚胺单模光纤、单纤的空心光纤或多模光纤及毛细管，所述的单纤尾纤的出射光纤为聚酰亚胺单模光纤，所述的单纤尾纤的出射光纤的光纤端面连接有单纤的空心光纤或多模光纤。

较佳地，所述的双纤准直器包括第一透镜、第一玻璃套管、双纤尾纤，所述的光学滤片位于所述第一透镜的中心处，所述的双纤尾纤包括全玻璃有源或无源双包层光纤、聚酰亚胺多模光纤、双纤的空心光纤或多模光纤及毛细管，所述的双纤尾纤的入射光纤为全玻璃有源或无源双包层光纤，反射光纤为聚酰亚胺多模光纤，所述的双纤尾纤的入射光纤和反射光纤的光纤端面连接有双纤的空心光纤或多模光纤。

较佳地，信号光从全玻璃有源或无源双包层光纤的纤芯进入，同时泵浦激光从聚酰亚胺多模光纤中进入，依次通过第一透镜，经光学滤片反射进入到全玻璃有源或无源双包层光纤包层中，信号光在全玻璃有源或无源双包层光纤被放大成高功率激光；高功率激光从全玻璃有源或无源双包层光纤的纤芯输出，依次通过第一透镜、光学滤片、隔离组件、第二透镜，从聚酰亚胺单模光纤输出。

较佳地，所述的第二玻璃套管和第三玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接，所述的第二玻璃套管固定单纤尾纤和第二透镜，所述的第二透镜和第二玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接；所述的第一玻璃套管和第三玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接，所述的第一玻璃套管固定双纤尾纤和第一透镜，所述的第一透镜和第一玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接，光学滤片和第一透镜之间使用耐高温、低释气胶水粘接；隔离组件和第三玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接。

较佳地，所述的隔离组件为单极隔离芯或双极隔离芯或多级隔离芯。

较佳地，所述的光学滤片包括900～1000nm波长反射膜，反射率在99.5％以上。

较佳地，所述的双纤尾纤和单纤尾纤表面镀有高功率增透膜，所述高功率增透膜可承受峰值功率10KW以上。

较佳地，所述的光学滤片、双纤尾纤和单纤尾纤表面镀膜为IBS工艺。

采用了本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，使用全玻璃有源或无源双包层光纤和聚酰亚胺多模光纤组成双纤尾纤，聚酰亚胺单模单纤尾纤，降低了在105℃以上环境长时间工作失效的风险。同时双纤尾纤和单纤尾纤的光纤端面都分别连接有空心或多模光纤，降低了光纤端面的光能量密度，显著提高大功率激光损伤阈值。此外，各元件之间选用耐高温和低释气胶水粘接，提高长期可靠性。集成了WDM和隔离器件于一体，具有高集成度、高可靠性、小型化和成本低的特点。

附图说明

图1为本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置的结构图。

图2a为本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置的全玻璃有源或无源双包层光纤。

图2b为本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置的普通有源或无源双包层光纤。

图2c为本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置的三包层有源或无源光纤。

附图标记：

1001 第三玻璃套管

1002 隔离组件

1003 单纤准直器

1004 双纤准直器

1005 光学滤片

10031 第二透镜

10032 单纤的空心光纤或多模光纤

10033 聚酰亚胺单模光纤

10034 第二玻璃套管

10035 单纤尾纤

10041 全玻璃有源或无源双包层光纤

10042 聚酰亚胺多模光纤

10043 双纤的空心光纤或多模光纤

10044 第一透镜

10045 第一玻璃套管

10046 双纤尾纤

21001 耐高温聚酯涂覆层

21002 外包层掺氟石英玻璃

21003 耐高温内包层

21004 耐高温纤芯

22001 外包层普通聚酯涂覆层

22002 外包层普通内包层

22003 外包层普通纤芯

23001 第三包层耐高温聚酯涂覆层

23002 第二包层掺氟石英玻璃

23003 第一包层

23004 纤芯

23005 低折射率聚酯

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本实用新型的该实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其中包括第三玻璃套管1001、隔离组件1002、单纤准直器1003、双纤准直器1004、光学滤片1005，所述的双纤准直器1004的一侧设置有隔离组件1002，所述隔离组件1002的另一侧设置有单纤准直器1003，在所述单纤准直器1003设置有出射光纤，所述光学滤片1005的分光膜设置在靠近所述双纤准直器1004的一侧。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的单纤准直器1003包括第二透镜10031、第二玻璃套管10034和单纤尾纤10035，所述的单纤尾纤10035包括聚酰亚胺单模光纤10033、单纤的空心光纤或多模光纤10032及毛细管，所述的单纤尾纤10035的出射光纤为聚酰亚胺单模光纤10033，所述的单纤尾纤的出射光纤的光纤端面连接有单纤的空心光纤或多模光纤10032。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的双纤准直器1004包括第一透镜10044、第一玻璃套管10045、双纤尾纤10046，所述的光学滤片1005位于所述第一透镜10044的中心处，所述的双纤尾纤10046包括全玻璃有源或无源双包层光纤10041、聚酰亚胺多模光纤10042、双纤的空心光纤或多模光纤10043及毛细管，所述的双纤尾纤10046的入射光纤为全玻璃有源或无源双包层光纤10041，反射光纤为聚酰亚胺多模光纤10042，所述的双纤尾纤10046的入射光纤和反射光纤的光纤端面连接有双纤的空心光纤或多模光纤10043。

作为本实用新型的优选实施方式，信号光从全玻璃有源或无源双包层光纤10041的纤芯进入，同时泵浦激光从聚酰亚胺多模光纤10042中进入，依次通过第一透镜10044，经光学滤片1005反射进入到全玻璃有源或无源双包层光纤10041包层中，信号光在全玻璃有源或无源双包层光纤10041被放大成高功率激光；高功率激光从全玻璃有源或无源双包层光纤10041的纤芯输出，依次通过第一透镜10044、光学滤片1005、隔离组件1002、第二透镜10031，从聚酰亚胺单模光纤10033输出。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的第二玻璃套管10034和第三玻璃套管1001之间使用耐高温、低释气胶水粘接，所述的第二玻璃套管10034固定单纤尾纤10035和第二透镜10031，所述的第二透镜10031和第二玻璃套管10034之间使用耐高温、低释气胶水粘接；所述的第一玻璃套管10045和第三玻璃套管1001之间使用耐高温、低释气胶水粘接，所述的第一玻璃套管10045固定双纤尾纤10046和第一透镜10044，所述的第一透镜10044和第一玻璃套管10045之间使用耐高温、低释气胶水粘接，光学滤片1005和第一透镜10044之间使用耐高温、低释气胶水粘接；隔离组件1002和第三玻璃套管1001之间使用耐高温、低释气胶水粘接。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的隔离组件为单极隔离芯或双极隔离芯或多级隔离芯。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的光学滤片包括900～1000nm波长反射膜，反射率在99.5％以上。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的双纤尾纤和单纤尾纤表面镀有高功率增透膜，所述高功率增透膜可承受峰值功率10KW以上。

作为本实用新型的优选实施方式，所述的光学滤片、双纤尾纤和单纤尾纤表面镀膜为IBS工艺。

本实用新型的具体实施方式中，使用全玻璃有源或无源双包层光纤和聚酰亚胺多模光纤组成双纤尾纤，聚酰亚胺单模单纤尾纤，降低了在105℃以上环境长时间工作失效的风险。同时双纤尾纤和单纤尾纤的光纤端面都分别连接有空心或多模光纤，降低了光纤端面的光能量密度，显著提高大功率激光损伤阈值。此外，各元件之间选用耐高温和低释气胶水粘接，提高长期可靠性。本方案集成了WDM和隔离器件于一体，具有高集成度、高可靠性、小型化和成本低的特点。

如图1所示，本实用新型包括双纤准直器1004、光学滤片1005、隔离组件1002、单纤准直器1003和第三玻璃套管1001。

双纤准直器由双纤尾纤10046、第一透镜10044、第一玻璃套管10045组成，其中第一玻璃套管10045用于固定双纤尾纤10046和第一透镜10044。

单纤准直器由单纤尾纤10035、第二透镜10031、第二玻璃套管10034组成，其中第二玻璃套管10034用于固定单纤尾纤10035和第二透镜10031。

隔离组件1002和第三玻璃套管1001之间使用耐高温、低释气胶水粘接；

光学滤片1005和第一透镜10044之间使用耐高温、低释气胶水粘接；

第一透镜10044和第一玻璃套管10045之间使用耐高温、低释气胶水粘接；

第二透镜10031和第二玻璃套管10034之间使用耐高温、低释气胶水粘接；

第一玻璃套管10045和第三玻璃套管1001之间使用耐高温、低释气胶水粘接；

第二玻璃套管10034和第三玻璃套管1001之间使用耐高温、低释气胶水粘接。

双纤尾纤10046由全玻璃有源或无源双包层光纤10041、聚酰亚胺多模光纤10042、空心光纤或多模光纤10043及毛细管组成。

单纤尾纤10035由聚酰亚胺单模光纤10033、空心光纤或多模光纤10032及毛细管组成。

全玻璃有源或无源双包层光纤10041、聚酰亚胺单模光纤10033的前端分别熔接上一段空心光纤或多模光纤10043、10032。

信号光从全玻璃有源或无源双包层光纤10041的纤芯进入，同时泵浦激光从聚酰亚胺多模光纤10042中进入，依次通过第一透镜10044，经光学滤片1005反射进入到全玻璃有源或无源双包层光纤10041包层中，信号光在全玻璃有源或无源双包层光纤10041被放大成高功率激光。

高功率激光从全玻璃有源或无源双包层光纤10041的纤芯输出，依次通过第一透镜10044、光学滤片1005、隔离组件1002、第二透镜10031，从聚酰亚胺单模光纤10033输出。

本实用新型的该种耐高温高功率WDM、光隔离的组合器件，在所述入射全玻璃有源或无源双包层光纤的出射端一侧设置有光学滤片，从所述反射光纤入射的泵浦激光被所述光学滤片反射至所述入射全玻璃有源或无源双包层光纤中；

在所述双纤准直器的一侧设置有隔离组件，从所述入射光纤出射的高功率激光经过所述光学滤片后的另一部分入射至所述隔离组件；在所述隔离组件的一侧设置有单纤准直器，所述单纤准直器1003设置有出射光纤，经过所述隔离组件的高功率激光从所述出射光纤出射。

所述光学滤片1005的分光膜设置在靠近所述双纤准直器1004的一侧。

所述双纤尾纤的入射光纤为全玻璃有源或无源双包层光纤，所述反射光纤为聚酰亚胺多模光纤，所述单纤尾纤的出射光纤为聚酰亚胺单模光纤，所述耐高温温度在150℃以上。

所述双纤尾纤的入射光纤和反射光纤的光纤端面以及单纤尾纤的出射光纤端面分别连接有空心或多模光纤，空心或多模光纤长度在0.25～0.45mm。

所述双纤准直器、光学滤片、隔离组件、单纤准直器、第一玻璃套管、第二玻璃套管和第三玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接。

所述光学滤片包括900～1000nm波长反射膜，反射率在99.5％以上。

所述双纤尾纤和单纤尾纤表面镀有高功率增透膜，所述高功率增透膜可承受峰值功率10KW以上。

所述光学滤片、双纤尾纤和单纤尾纤表面镀膜为IBS工艺。

全玻璃有源或无源双包层光纤还可用于制作拉锥结构的合分束器、具有分光、滤波、光隔离等其他功能与WDM结合的组合器件。

该组合器件普适于激光雷达用光纤激光器、光纤放大器等同类产品。

所述双纤尾纤的入射光纤为全玻璃有源或无源双包层光纤，用于将泵浦光能量转化为种子光源能量，进行信号光放大；反射光纤为聚酰亚胺多模光纤，用于泵浦激光的输入；

所述单纤尾纤的出射光纤为聚酰亚胺单模光纤，用于高功率激光的输出；

所述双纤尾纤的入射光纤和反射光纤的光纤端面以及单纤尾纤的出射光纤端面分别连接有空心或多模光纤。

所述光学滤片位于所述第一透镜的中心处。

所述隔离组件为单极隔离芯或双极隔离芯或多级隔离芯。

如图2a所示，所述全玻璃有源或无源双包层光纤，从内到外结构依次为纤芯、内包层、外包层、涂覆层；其中纤芯为单模铒镱离子掺杂芯，内包层为石英层，外包层为掺氟石英玻璃，涂覆层为耐高温聚酯；折射率：外包层＜涂覆层＜内包层＜纤芯，信号光在纤芯传输，泵浦光在内包层传输，外包层内没有信号光和泵浦光传输；

如图2b所示，所述普通有源或无源双包层光纤，从内到外结构依次为纤芯、内包层、外包层(涂覆层)，其中纤芯为单模铒镱离子掺杂芯，内包层为石英层，外包层为低折聚酯；折射率：外包层＜内包层＜纤芯，信号光在纤芯传输，泵浦光在内包层传输，外包层内没有信号光和泵浦光传输；其中外包层低折聚酯耐温为85℃，不能满足激光雷达105℃长期工作要求。

如图2c所示，所述三包层有源或无源光纤，从内到外结构依次为纤芯、第一包层、第二包层、低折射率聚酯、第三包层，其中纤芯为单模铒镱离子掺杂芯，第一包层为石英层，第二包层为掺氟石英玻璃，第三包层为耐高温聚酯涂覆层；折射率：低折射率聚酯＜第二包层＜第三包层＜第一包层＜纤芯，信号光在纤芯传输，泵浦光在第一包层和第二包层内传输，第三包层内没有信号光和泵浦光传输；其中介于第二包层和第三包层之间的低折聚酯耐温为85℃，不能满足激光雷达105℃长期工作要求。

综上，只有所述全玻璃有源或无源双包层光纤，其内部结构均由玻璃材质组成，再加上外部耐高温涂层，使其长期工作耐温可以达到150℃。

本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

采用了本实用新型的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，使用全玻璃有源或无源双包层光纤和聚酰亚胺多模光纤组成双纤尾纤，聚酰亚胺单模单纤尾纤，降低了在105℃以上环境长时间工作失效的风险。同时双纤尾纤和单纤尾纤的光纤端面都分别连接有空心或多模光纤，降低了光纤端面的光能量密度，显著提高大功率激光损伤阈值。此外，各元件之间选用耐高温和低释气胶水粘接，提高长期可靠性。集成了WDM和隔离器件于一体，具有高集成度、高可靠性、小型化和成本低的特点。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的装置包括第三玻璃套管、隔离组件、单纤准直器、双纤准直器、光学滤片，所述的双纤准直器的一侧设置有隔离组件，所述隔离组件的另一侧设置有单纤准直器，在所述单纤准直器设置有出射光纤，所述光学滤片的分光膜设置在靠近所述双纤准直器的一侧。

2.根据权利要求1所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的单纤准直器包括第二透镜、第二玻璃套管和单纤尾纤，所述的单纤尾纤包括聚酰亚胺单模光纤、单纤的空心光纤或多模光纤及毛细管，所述的单纤尾纤的出射光纤为聚酰亚胺单模光纤，所述的单纤尾纤的出射光纤的光纤端面连接有单纤的空心光纤或多模光纤。

3.根据权利要求2所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的双纤准直器包括第一透镜、第一玻璃套管、双纤尾纤，所述的光学滤片位于所述第一透镜的中心处，所述的双纤尾纤包括全玻璃有源或无源双包层光纤、聚酰亚胺多模光纤、双纤的空心光纤或多模光纤及毛细管，所述的双纤尾纤的入射光纤为全玻璃有源或无源双包层光纤，反射光纤为聚酰亚胺多模光纤，所述的双纤尾纤的入射光纤和反射光纤的光纤端面连接有双纤的空心光纤或多模光纤。

4.根据权利要求1所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，信号光从全玻璃有源或无源双包层光纤的纤芯进入，同时泵浦激光从聚酰亚胺多模光纤中进入，依次通过第一透镜，经光学滤片反射进入到全玻璃有源或无源双包层光纤包层中，信号光在全玻璃有源或无源双包层光纤被放大成高功率激光；高功率激光从全玻璃有源或无源双包层光纤的纤芯输出，依次通过第一透镜、光学滤片、隔离组件、第二透镜，从聚酰亚胺单模光纤输出。

5.根据权利要求3所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的第二玻璃套管和第三玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接，所述的第二玻璃套管固定单纤尾纤和第二透镜，所述的第二透镜和第二玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接；所述的第一玻璃套管和第三玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接，所述的第一玻璃套管固定双纤尾纤和第一透镜，所述的第一透镜和第一玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接，光学滤片和第一透镜之间使用耐高温、低释气胶水粘接；隔离组件和第三玻璃套管之间使用耐高温、低释气胶水粘接。

6.根据权利要求1所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的隔离组件为单极隔离芯或双极隔离芯或多级隔离芯。

7.根据权利要求1所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的光学滤片包括900～1000nm波长反射膜，反射率在99.5％以上。

8.根据权利要求3所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的双纤尾纤和单纤尾纤表面镀有高功率增透膜，所述高功率增透膜可承受峰值功率10KW以上。

9.根据权利要求3所述的实现耐高温高功率WDM及光隔离的组合装置，其特征在于，所述的光学滤片、双纤尾纤和单纤尾纤表面镀膜为IBS工艺。