[发明专利]端面泵浦耦合器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，更具体地涉及一种端面泵浦耦合器及其制备方法。

背景技术

光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、易散热、工作稳定性好等优点，已经广泛应用于工业和国防等领域。在实现高功率光纤激光器时，如何将泵浦能量可靠、高效地耦合注入增益光纤是研制高功率光纤激光系统的关键问题之一，泵浦耦合器是实现这一功能的核心元器件，其性能参数将直接决定光纤激光器的输出功率以及光束质量，因此，研制高性能的光纤泵浦耦合器是高功率光纤激光器的基础和前提。目前实现光纤泵浦耦合器的方式主要有两种：端面泵浦耦合与侧面泵浦耦合。其中端面泵浦耦合器也是目前工业用千瓦量级光纤激光器的主流泵浦方式。

熔融拉锥是实现端面泵浦耦合器的主要实现形式，其制作过程是将多根光纤组成一束，然后在高温下加热拉伸，使其互相熔合并形成锥形过渡区，最后将其切断与输出光纤熔接，即通常所说的组束、拉锥、切割和熔接四个步骤。根据泵浦耦合器的应用方式可以将熔融拉锥端面泵浦耦合器分成两类：N×1的光纤熔锥端面泵浦耦合器和(N+1)×1的含信号纤的光纤熔锥端面泵浦耦合器，不同之处在于组束光纤中心光纤为泵浦光纤或者信号光纤。N×1型光纤端面泵浦耦合器主要用于谐振腔结构的光纤激光器中，(N+1)×1型光纤熔锥端面耦合器主要用于全光纤的光纤放大器。在含信号纤泵浦耦合器的制作过程中，是将N根多模光纤紧密放置在一根信号光纤周围，然后熔融拉锥，从锥区中间截断，并和一根双包层光纤熔接。目前，传统的(N+1)×1光纤端面泵浦耦合器制作方案，通常是将信号纤和泵浦光纤一起进行拉锥，这种方案在光纤束拉锥变小的同时也会使得信号纤的包层直径和纤芯变小，破坏了信号光纤的结构，造成了输入的信号光纤与输出光纤的纤芯模场不匹配、从而引起信号光的传输损耗增加和模式退化等问题，这些问题不仅降低了耦合器的耦合效率，限制了泵浦耦合器的承载功率，因为损失的光能量转化成热而使激光器的热管理难以控制，同时也将引起输出激光的光束质量恶化，降低了光纤激光器的性能。

发明内容

基于以上问题，本发明的主要目的在于提出一种端面泵浦耦合器及其制备方法，用于解决以上技术问题的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提出了一种端面泵浦耦合器，包括信号光纤、输出光纤和若干根泵浦光纤，其中：

信号光纤由芯径相等的第一光纤和第二光纤熔接形成，第二光纤的外径小于第一光纤的外径；

若干根泵浦光纤绕信号光纤均匀紧密排布，拉锥形成有原始区、锥形区和锥腰区，且锥形区位于原始区和锥腰区之间；

信号光纤的第二光纤所在的一端和若干根泵浦光纤的锥腰区所在的一端，扭转熔融为第一端，且所述信号光纤位于所述第一端的中心位置；

输出光纤与第一端熔接，且其芯径与第一光纤、第二光纤的芯径相等。

在本发明的一些实施例中，上述信号光纤的第二光纤所在的一端，在扭转熔融为第一端时，芯径保持不变。

在本发明的一些实施例中，上述第一端与输出光纤的包层尺寸相匹配。

在本发明的一些实施例中，上述第一光纤、第二光纤及信号光纤的芯径为20μm～40μm，若干根泵浦光纤的规格为200/220μm或220/242μm。

在本发明的一些实施例中，上述泵浦光纤为6根，该6根泵浦光纤以信号光纤为中心呈中心对称分布。

在本发明的一些实施例中，上述述泵浦光纤为18根，该18根光纤绕信号光纤分为两圈分布，且以信号光纤为中心呈中心对称分布。

在本发明的一些实施例中，上述耦合器还包括一夹具，该夹具具有与信号光纤的尺寸相匹配的一中心孔，及与若干根泵浦光纤相匹配的若干小孔。

为了实现上述目的，作为本发明的另一个方面，本发明提出了一种端面泵浦耦合器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将芯径相等的第一光纤和第二光纤熔接形成信号光纤；

步骤2、将若干根泵浦光纤拉锥形成两个原始区、两个锥形区及一个锥腰区；

步骤3、将信号光纤和若干根泵浦光纤平行穿入位于两端的两个夹具，其中该两个夹具均包括用于穿入信号光纤的一中心孔，及用于穿入若干根泵浦光纤的若干个小孔，且若干根泵浦光纤的锥腰区对应信号光纤的第二光纤；

步骤4、扭转两个夹具，使位于两个夹具之间的信号光纤和若干根泵浦光纤扭转熔融为一体，并在若干根泵浦光纤的锥腰区切断形成第一端，且所述信号光纤位于所述第一端的中心位置；

步骤5、在第一端熔接与信号光纤的芯径相等的输出光纤，完成端面泵浦耦合器的制备；