准分布式光纤合束器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光纤合束器。
【背景技术】
[0002]光纤合束器是光纤激光器和光纤放大器中的主要部件之一，它将多路泵浦激光功率耦合至无源双包层光纤的内包层，然后与有源双包层光纤熔接，经过内包层的多次反射进入掺杂纤芯被吸收，从而对信号光产生放大作用。光纤合束器在光纤激光器等系统中起着非常重要的作用，是光纤激光器的最大输出功率的受限因素之一，开发大功率光纤合束器能积极有效地促进大功率光纤激光器，包括大功率连续光纤激光器、大功率准连续光纤激光器、脉冲光纤激光器等的发展。
[0003]目前的光纤合束器主要是将N个光纤通过熔融拉锥工艺形成一个多芯复合光纤，然后和另一端扩束的双包层光纤对接熔合；或者将N个光纤在双包层信号光纤的侧面进行侧面熔合。这样的方法都会造成在耦合熔接点过于集中、周围光功率和发热的空间密度过大，使该区域容易发生热量积累和温度升高，在该区域容易造成器件的损伤和损坏。这些传统的合束器结构的制造工艺和实际使用都受到了巨大的考验。随着大功率光纤激光器功率水平的进一步提高，急需开发一种能够减轻光功率和发热空间密度过大问题的新型光纤合束器。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种基于准分布式多点耦合接入的、适用于大功率光纤激光器的能够很有效地缓解光功率和发热空间密度过大的弱点，具有更好的稳定性和长期可靠性的新型光纤合束器。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0006]—种准分布式光纤合束器，其包括一根信号光纤以及多根泵浦光纤，每根所述的泵浦光纤均熔接于所述的信号光纤上并在二者相熔接处形成熔合面，各个所述的熔合面的中心分散分布于所述的信号光纤的外表面展开所形成的(Θ，z)平面上的[0-Φ] X [0-L]区域内，所述的(Θ，z)平面中，纵轴Θ对应于所述的信号光纤的圆周上的圆周角度，横轴z对应于所述的信号光纤的轴向。
[0007]所述的L的数值在5_30mm范围内。
[0008]所述的Φ的数值在180-360°范围内。
[0009]所述的信号光纤为纤芯直径20-30 μ m、内包层直径200-400 μ m的无掺杂无源双包层光纤。
[0010]所述的泵浦光纤为纤芯直径为105 μπκ包层直径125 μm的泵浦激光传输光纤。
[0011]所述的准分布式光纤合束器还包括光纤的固定及封装结构件。
[0012]所述的光纤的固定及封装结构件包括其中设置有所述的信号光纤和所述的泵浦光纤的金属外壳、填充于所述的金属外壳与所述的信号光纤和所述的泵浦光纤之间的高导热材料。
[0013]由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点:本实用新型的准分布式光纤合束器采用多个耦合功率接入点，分散了光功率的空间密度，从而:
[0014]1、克服了光功率过于集中的问题；
[0015]2、结构具有可扩展性(scalability)，在保持基本结构和制作工艺方法不变的条件下，泵浦光纤的分支数目可以从2个到50个，甚至更多。相同的结构和工艺方法可以兼容不同规格的光纤合束器器件；
[0016]3、可允许部分泵浦接入分支有损伤，只需要放弃有损伤的分支，其它分支仍然可以使用，避免了其它结构的光纤合束器中一个分支有瑕疵将导致整个器件失效的问题，提高了器件的茁壮性；
[0017]4、主信号光纤是光学连贯的，没有切断点和光学不连续点，从而使信号光的损耗、散射、反射等不良因素均得到抑制；
[0018]5、该器件封装的散热条件得到改善；
[0019]6、工作稳定性和长期可靠性得到提高；
[0020]7、在相同的工作条件下，器件寿命得到延长；
[0021]8、器件的材料成本和制作工艺成本较低。
【附图说明】
[0022]附图1为本实用新型的准分布式光纤合束器的侧面结构示意图。
[0023]附图2为本实用新型的准分布式光纤合束器的横截面结构示意图。
[0024]附图3为本实用新型的准分布式光纤合束器具有不同接入分支数的示意图:a)接入四根泵浦光纤山)接入六根泵浦光纤；c)接入八根泵浦光纤。其中虚线表示，泵浦光纤在信号光纤的背面。
[0025]附图4为本实用新型的准分布式光纤合束器的制造工艺流程示意图。
[0026]附图5为本实用新型的准分布式光纤合束器的第一种应用系统结构示意图。
[0027]附图6为本实用新型的准分布式光纤合束器的第二种应用系统结构示意图。
[0028]附图7为本实用新型的信号光纤周围的(θ，ζ)平面及熔接点空间分布的示意图。
[0029]以上附图中:11、泵浦光纤；12、信号光纤；31、端面光功率吸收器；32、前端光纤光栅；33、泵浦激光器；34、本实用新型的光纤合束器；35、双包层掺杂光纤；36、后端光纤光栅；37、光隔离器和准直器；41、小功率种子激光器；51、泵浦分支数目为4的光纤合束器；52、泵浦分支数目为6的光纤合束器；53、泵浦分支数目为8的光纤合束器；71、熔接面中心点在(θ，ζ)平面上的位置。
[0030]注:以上附图非按比例绘制，不用于测绘度量。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。
[0032]实施例一:如附图1和附图2所不，一种准分布式光纤合束器34，其主要结构包括一根采用无掺杂无源双包层光纤的信号光纤12以及多根采用泵浦激光传输的泵浦光纤11，其中，信号光纤12的纤芯直径为20 μπι(取值范围可为20-30 μπι)、内包层直径为250 μ m (取值范围可为200-400 μ m)、外包层直径为400 μ m，其为无源双包层(DCF)光纤，泵浦光纤11的纤芯直径为105 μπκ包层直径为125 μπκ数值孔径为0.15，其为无源光纤。每根泵浦光纤11均从侧面熔接于信号光纤12上，从而在二者相熔接处形成熔合面。本实施例中，泵浦光纤11共有6根，把它们两两放置为一组，分别对称地熔接在信号光纤12的不同位置的两侧，同时它们并不处在同一个平面内。更确切地，这些泵浦光纤的熔接点中心在信号光纤12的外表面展开所形成的(θ，ζ)平面上的坐标分别为:(5mm, 0° )、(5mm, 180° )、(11mm, 90° ), (11mm, 270° )、(17mm，0° )、(17mm, 180。)这 6 个位置上。(θ，ζ)平面中，纵轴Θ对应于信号光纤12的圆周上的圆周角度，横轴ζ对应于信号光纤12的轴向。这样可以将多个泵浦光纤11尽可能地分散，能够达到最佳的热效应分散的效果，如附图3 (b)所示。这样的排列相对于传统方法中各个泵浦光纤11沿信号光纤12的圆周呈圆圈设置或者沿轴向呈线性设置而言，能够更进一步地降低光功率和发热的空间密度。
[0033]除上述信号光纤12和泵浦光纤11以外，准分布式光纤合束器34还包括光纤的固定及封装结构件，光纤的固定及封装结构件包括其中固设有信号光纤12和泵浦光纤11的金属外壳、填充于金属外壳与信号光纤12和泵浦光纤11之间的高导热材料。金属外壳用于进行散热和机械支撑及保护。
[0034]本实施例中的准分布式光纤合束器34的制作流程如图4所示。先将光纤进行预处理准备:用化学溶剂去掉信号光纤12的外包层，并将其内包层的外表面清理干净；将多个泵浦光纤11的外部清理干净，并将它们的一端头研磨成45度的斜角。然后将多个泵浦光纤11按照两两进行配对，每次操作一对光纤，将它们与信号光纤12进行对准和局部加热熔合。采用两两配对的方法，是为了让信号光纤12上的来自两侧的压力相互抵消，防止信号光纤12横向移动。将一对泵浦激光光纤对称地放置在信号光纤12的两侧，端面贴在信号光纤12的圆周面上的相应位置并调整角度，使二者基本贴合。用波长10.6 μπι的二氧化碳激光束对泵浦光纤11和信号光纤12的连接点进行局部照射加热，在它们软化的过程中适当地给它们施加一定的推力，使得很好地浸润熔合。在它们浸润熔合后，略微向后拉动这对泵浦光纤11，使得信号光纤12外表的形变量最小，保持其最佳的光学连续性和平滑性。在光纤熔合过程