[发明专利]一种光纤合束器的制作方法及装置

说明书

本发明适用于光纤激光器领域，提供一种光纤合束器的制作方法及装置，本发明方法首先对每根输入光纤单独拉锥，然后再对其进行组束，相比起先组束后一起拉锥的方法，拉锥后光纤的尺寸可以精确控制，避免多根组束光纤一起拉锥导致的尺寸和模场不可精确控制的缺点，可以精确控制拉锥后的光纤尺寸以及模场分布和模式耦合，也非常方便后续对光纤组束区的切割以及其与合束输出光纤的熔接；另外，本制作方法在组束裸纤周围沉积石英层时，裸纤部分不需要接触套管或夹具，大大降低了被污染的风险，而直接沉积的石英层同样具有高的洁净度。

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，尤其涉及一种光纤合束器的制作方法及装置。

背景技术

相比于固体激光器，光纤激光器有着激光效率高、易于热管理、光束质量好、小巧轻便、环境稳定性好等优势，近年来得到了飞速发展，被广泛应用于材料加工、航天航空、军事国防、生物医疗等领域。光纤合束器作为高功率光纤激光器的核心器件之一，直接决定光纤激光器能否实现全光纤化，同时对其泵浦光耦合效率、输出激光光束质量、激光系统稳定性等参数有着重要影响，因此高耦合效率高功率光纤合束器是获得高功率光纤激光器的前提和强有力的光纤器件支撑，已成为当今光纤激光领域研究的热点和关键问题。

按照泵浦方式分类，目前高功率光纤合束器主要分为端面泵浦和侧面泵浦两种，由于侧面泵浦技术的系统结构一般比较复杂复杂、加工精度要求高、耦合效率低、不易于封装保存，不利于大功率的光纤激光输出和批量商业化，因此在高功率光纤激光器的生产中，端面泵浦方式成为主流应用。

目前端面泵浦光纤合束器的制作主要包括：组束、拉锥、切割和熔接四个步骤。

具体的，需要先将全部输入光纤中部的涂覆层剥除一段，形成“窗口”，然后通过夹具固定输入光纤两端，使其按照中心对称的形状排列，形成光纤束，并要尽可能始终保持光纤水平和排列形状不变；然后使输入光纤束的剥除涂覆层的“窗口”区域贴合在一起，接着在热源加热下，对熔融合束的光纤束拉锥，最后将拉锥后的光纤束在特定的位置处切断后与输出光纤熔接。

目前的操作相对简单，光纤排列标准，同轴性好，但是也存在一些缺点，比如将输入光纤插入夹具时，剥除了涂覆的裸纤很容易被污染，在使用时形成高温，甚至烧毁合束器；热源移动速度与组束光纤向两侧被拉伸的速度不匹配，造成拉锥区域受热不均匀；加热过程中，不同光纤中的应力分布不均匀导致弯曲程度不同，引入额外损耗。另外，剥除涂覆层的“窗口”区域也不能简单且准确的贴合在一起，给后续熔融拉锥造成难度。总之，目前光纤合束器制备方法相对比较复杂，而且制作的光纤合束器成品率有待提高。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种光纤合束器的制作方法及装置，旨在解决现有光纤合束器制作工艺复杂、成品率不高的技术问题。

一方面，所述光纤合束器的制作方法包括下述步骤：

步骤S1、将需要合束的全部输入光纤一端的涂覆层剥除干净，对剥除涂覆层后的裸纤进行清洗；

步骤S2、分别对每根裸纤进行单独拉锥至合适直径和长度，按照圆形中心对称结构将全部输入光纤排列好并用石英套管固定，将固定好的光纤组束的拉锥裸纤部分再次清洗；

步骤S3、用环形夹具将石英套管固定住，将拉锥后高洁净度的光纤组束拉锥裸纤穿过石英玻璃反应管，且拉锥裸纤插入至圆盘夹具对应的小孔中，通过调节保证环形夹具、石英套管、光纤组束、石英玻璃反应管以及圆盘夹具的中心轴线在同一水平线上，其中圆盘夹具上的小孔排布与输入光纤的排布一致；

步骤S4、驱动石英套管和/或圆盘夹具转动，使得拉锥裸纤之间贴合，抽出石英玻璃反应管中空气和杂质气体并同时通入原料气体，使得原料气体充满石英玻璃反应管，继续保持通入原料气体，开启微波磁控管使得原料气体被电离成等离子体，高温的等离子体接触到温度相对较低的拉锥裸纤，以玻璃态沉积在拉锥裸纤周围，同时水平直线缓慢移动石英玻璃反应管，控制沉积长度；