光纤合束器的制作方法

本实用新型实施例涉及光纤技术领域，尤其涉及一种光纤合束器。

背景技术：

光纤激光器是一种结构经凑，稳定性高，散热性好的新型激光器，已经广泛应用在工业、医疗、国防等领域。随着应用工艺的发展，对光纤激光器输出功率要求越来越高。由于泵浦管功率密度、光纤损伤阈值等方面的影响，单模光纤激光器输出功率是有上限的。通过光纤合束器是实现激光器输出功率提升最直接、最有效的方法之一。

光纤合束器是在熔融拉锥光纤束的基础上制备的光纤器件。它是将一束光纤剥去涂覆层，然后以一定方式排列在一起，在高温中加热使之熔化，同时向相反方向拉伸光纤束，光纤加热区域熔融成为熔锥光纤束。从锥腰切断后，将锥区输出端与一根输出光纤熔接。

目前，光纤合束器的制作工艺主要分为旋转拉锥法和套管法两种。旋转拉锥法是将多根光纤缠绕，加热拉锥使得光纤熔接在一起，制成光纤束。将光纤束在最细的地方切割，并与输出光纤熔接。套管法是将多根光纤穿入石英套管，通过加热拉锥使得套管和光纤熔融到一起。然后同样在光纤束最细的地方切割，并与输出光纤熔接。

然而，这两种方法都不可避免地需要拉锥光纤，此时光纤直径变小，发散角变大，这样会恶化制作出来的光纤合束器的光束质量。同时光纤缠绕、套管拉锥都需要精细的人工操作，对操作手法要求极高。此外，现有的光纤合束器制作工艺还提到了通过在双包层光纤的侧面进行打孔，并插入锥形泵浦纤的方式制作泵浦合束器的新方法。但该方法由于需要在光纤上采用机械打孔，而光纤直径在1mm以下同时材质为二氧化硅，因此该方式需要的加工精度极高，难度很大；同时由于对光纤进行了打孔，使得光纤的结构被破坏，机械强度变差。

技术实现要素：

针对传统光纤合束器制备过程中对光纤进行拉锥，使得光纤直径变小，发散角变大，影响光纤合束器的光束质量的缺陷，本实用新型实施例提供一种光纤合束器。

第一方面，本实用新型实施例提供一种光纤合束器，包括输出光纤以及由多根输入光纤维插入锥形多孔套管中加热形成的固化光纤束；所述固化光纤束的一端面与所述输出光纤的一端面熔接。

优选的，所述锥形多孔套管为热缩套管。

优选的，所述输入光纤维是原始光纤维经过预加工形成；其中，所述预加工包括化学腐蚀、激光刻蚀或机械研磨。

优选的，所述锥形多孔套管输入端的孔径与所述原始光纤维的包层直径相匹配，所述锥形多孔套管输出端的孔径与所述输入光纤维的包层直径相匹配。

本实用新型实施例提供的光纤合束器，固化光纤束由多根输入光纤维插入锥形多孔套管中加热形成，光纤束不需要经过拉锥操作，使得输入光纤纤芯没有变化和损伤，保证了光纤合束器的光束质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本实用新型实施例提供的光纤合束器的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例提供的锥形多孔套管的结构示意图；

图3为根据本实用新型实施例提供的光纤束及固化光纤束的结构示意图；

图4为根据本实用新型实施例提供的输入光纤维及原始光纤维的结构示意图；

图5为根据本实用新型实施例提供的光纤合束器的制备方法流程示意图；

图6为根据本实用新型实施例提供的棒状多孔套管的制作流程各阶段结构示意图；

图7为根据本实用新型实施例提供的锥形多孔套管的制作流程示意图；

图8为根据本实用新型实施例提供的泵浦合束器的结构示意图；

图中，1-毛细管结构体；2-外套管；3-预制棒；4-棒状多孔套管；5-锥形套管；6-锥形套管粗端端面；7-锥形套管细端端面；8-原始光纤维；9-输入光纤维；10-锥形多孔套管；11-光纤束剖面；12-光纤束；13-固化光纤束；14-光纤合束器；15-输出光纤；16-锥形输出光纤；17-泵浦合束器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，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。

图1为根据本实用新型实施例提供的光纤合束器的结构示意图，图2为根据本实用新型实施例提供的锥形多孔套管的结构示意图。参照图1和图2，该光纤合束器14包括输出光纤15以及由多根输入光纤维9插入锥形多孔套管10中加热形成的固化光纤束13；所述固化光纤束13的一端面与所述输出光纤15的一端面熔接。

固化光纤束13的输出端与输出光纤15的一端面熔接。固化光纤束13和输出光纤15能够使用氢氧焰、石墨丝、电极、二氧化碳等热源进行熔接。如图2所示，输入光纤维9在锥形多孔套管10内呈散射状分布，光纤散热性能更高。

需要说明的是，传统的光纤合束器，在制备过程中都需要加热拉锥光纤，此时光纤直径变小，发散角变大，这样制作出来的光纤合束器的光束质量会受到影响。并且传统的光纤束是通过加热拉锥使得套管和光纤熔融到一起，操作复杂，加工精度要求高。而本实用新型实施例提供的光纤合束器14，固化光纤束13是由多根输入光纤维9插入锥形多孔套管10中加热形成，制备工艺简单。光纤束不需要经过拉锥操作，避免输入光纤维9的纤芯由于拉锥光纤而受损，保证了光纤合束器14的光束质量。

图3为根据本实用新型实施例提供的光纤束以及固化光纤束的结构示意图。参照图2和图3，将多根输入光纤维9插入锥形多孔套管10，形成光纤束12。光纤束剖面11如图3所示。采用电极放电、氢氧焰加热、石墨加热或者激光加热的方式对锥形多孔套管10进行加热，使得锥形多孔套管10收缩，结构固定，形成固化光纤束13。

本实用新型实施例提供的光纤合束器，固化光纤束由多根输入光纤维插入锥形多孔套管中加热形成，制备工艺简单。光纤束不需要经过拉锥操作，使得输入光纤维的纤芯没有变化和损伤，保证了光纤合束器的光束质量。

在上述实施例的基础上，所述锥形多孔套管10为热缩套管。本实施例中，锥形多孔套管10为热缩套管，为光纤提供绝缘保护。具有高温收缩、阻燃、绝缘防蚀的特点。采用电极放电、氢氧焰加热、石墨加热或者激光加热的方式对锥形多孔套管10进行加热，使得锥形多孔套管10收缩，结构固定，形成固化光纤束13。

在一个实施例中，锥形多孔套管10由石英、蓝宝石等材质制备而成。将多根输入光纤维9插入锥形多孔套管10之后，采用电极放电、氢氧焰加热、石墨加热或者激光加热的方式对锥形多孔套管10进行加热，由于二氧化硅在微融的条件下，会在液体表面张力的作用下塌缩，形成固化光纤束13。

图4为根据本实用新型实施例提供的输入光纤维9及原始光纤维8的结构示意图。参照图4，输入光纤维9是原始光纤维8经过预加工形成；其中，所述预加工包括化学腐蚀、激光刻蚀或机械研磨。

对原始光纤维8进行预加工，以降低包层比例。采用化学腐蚀，激光刻蚀，机械研磨等方式去除原始光纤维8的部分包层，利用降低包层比例后的输入光纤维9制作的光纤束，光纤的纤芯尺寸及结构不受影响，且光纤束具有更大的纤芯占空比。

在上述各实施例的基础上，参照图2和图4，锥形多孔套管输入端的孔径与原始光纤维8的包层直径相匹配，锥形多孔套管输出端的孔径与所述输入光纤维9的包层直径相匹配。使得输入光纤维9能够顺利插入锥形多孔套管10的输入端。

图5为根据本实用新型实施例提供的光纤合束器的制备方法流程示意图；在上述各实施例的基础上，光纤合束器的制备方法包括：

501，将多根输入光纤维9分别插入锥形多孔套管10的输入端，形成光纤束12；将所述光纤束12的两端面整理平整；

参照图2和图3，将多根输入光纤维9分别插入锥形多孔套管10的输入端，将光纤束12细端超出的输入光纤维9进行切割，并对光纤束12细端端面进行研磨平整。根据输入光纤维9数量的不同，能够制备七芯合束器、十九芯合束器或者三十七芯合束器。本实施例以七芯合束器的制备方法为例进行说明。输入光纤维9数量不仅限于此。

502，加热所述光纤束12，形成固化光纤束13；

具体地，参照图2和图3，本实施例中，锥形多孔套管10为热缩套管，为光纤提供绝缘保护。具有高温收缩、阻燃、绝缘防蚀的特点。将多根输入光纤维9插入锥形多孔套管10之后，采用电极放电、氢氧焰加热、石墨加热或者激光加热的方式对锥形多孔套管10进行加热，使得锥形多孔套管10收缩，结构固定，形成固化光纤束13。

需要说明的是，传统的光纤合束器，在制备过程中都需要加热拉锥光纤，此时光纤直径变小，发散角变大，这样制作出来的光纤合束器的光束质量会受到影响。并且传统的光纤束是通过加热拉锥使得套管和光纤熔融到一起，操作复杂，加工精度要求高。而本实用新型实施例提供的光纤合束器14，固化光纤束13是由多根输入光纤维9插入锥形多孔套管10中加热形成，制备工艺简单。光纤束12不需要经过拉锥操作，避免输入光纤维的纤芯由于拉锥光纤而受损，保证了光纤合束器14的光束质量。

503，将所述固化光纤束13的一端面与输出光纤15的一端面熔接。

参照图1和图2，固化光纤束13的输出端与输出光纤15的左端面熔接，形成光纤合束器14。固化光纤束13和输出光纤15能够使用氢氧焰、石墨丝、电极、二氧化碳等热源进行熔接。如图2所示，输入光纤维9在锥形多孔套管10内呈散射状分布，光纤散热性能更高。使得光纤合束器14整体具有较好散热性能。

其中，在将多根输入光纤维9分别插入锥形多孔套管10的输入端之前，还需要制备锥形多孔套管。

图6为根据本实用新型实施例提供的棒状多孔套管的制作流程各阶段结构示意图；图7为根据本实用新型实施例提供的锥形多孔套管10的制作流程示意图。参照图6和图7，制备锥形多孔套管具体包括：将多根毛细管堆叠为毛细管结构体1，将毛细管结构体1两端封装后插入外套管2内形成预制棒3，利用光纤拉丝塔将预制棒3拉制为棒状多孔套管4。

具体地，使用占空比为90％以上的毛细管堆叠为毛细管结构体1，将毛细管结构体1两端封装后插入到外套管2内形成预制棒3。将预制棒3放置于光纤拉丝塔上，并拉制出所需的棒状多孔套管4。拉制棒状多孔套管4时，需要对预制棒3内抽取真空，使得毛细管之间的空隙在高温下收缩。

需要说明的是，在制备光纤合束器14之前，预制棒3需要预先批量制作，预先制作的预制棒3具有高一致性。拉制套管时，可以用同一规格的预制棒3拉制出不同外径的棒状多孔套管4。

棒状多孔套管4还可以通过将棒状实心套管进行机械打孔、超声波打孔，或激光刻蚀的方式制作。

进一步地，将所述棒状多孔套管4加热拉锥，形成锥形套管5，将所述锥形套管5中部的细端进行切割，获得锥形多孔套管10。

将棒状多孔套管4加热拉锥，形成锥形套管5。其中，加热方式可以采用电极放电、氢氧焰加热、石墨加热或者激光加热的方式。锥形套管粗端端面6结构以及锥形套管细端端面7的结构如图7所示。从锥形套管细端端面7进行切割，获得锥形多孔套管10。

图8为根据本实用新型实施例提供的泵浦合束器的结构示意图。参照图1和图8，通过固化光纤束13和输出光纤15，还能够制备泵浦合束器17。根据使用功能分类，光纤合束器可以分为两大类：功率合束器和泵浦合束器。功率合束器就是将多路单模激光合束到一根光纤中输出，用来提高激光的输出功率。泵浦合束器主要是将多路泵浦光合束到一根光纤中输出，主要用来提高泵浦功率。参照图7，将输出光纤15拉锥，并从拉锥后的输出光纤的中部细端进行切割得到锥形输出光纤16，将锥形输出光纤16的粗端与固化光纤束13熔接，得到泵浦合束器17。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。