一种集成高功率全光纤器件的制作方法

本发明是一种集成高功率全光纤器件，属于激光领域，尤其涉及高功率全光纤激光器。

技术背景

高功率全光纤激光器由于其光束质量好、集成度高、转换效率高等诸多的优异特性，近年来在工业加工、国防军事、医疗、3D打印等领域的应用越来越广泛。随着高功率光纤激光器应用领域的不断拓展，对光纤激光器的输出功率和光束质量的要求越来越高。如汽车、飞机、大型船舶的制造业中，对厚金属板的激光成型、焊接和切割等加工，需要光纤激光器的输出功率达到千瓦级乃至万瓦级。

但是在高功率光纤激光器的制造中，受高功率光纤器件承受能力、熔接点的处理工艺、高亮度泵浦源的功率、整体集成的稳定性等因素制约，目前单纤的功率在千瓦量级。目前只有少数公司可以的生产2kW以上的光纤激光器，也只有少数公司掌握着高功率全光纤器件的技术，如ITF公司，而且商业化的高功率全光纤器件都是分立制作和出售。如高功率光纤光栅、高功率泵浦合束器、高功率模式滤除器、光纤输出端帽等都是分立制作，各器件的尾纤都在1～2m的长度，且在选择器件的时候需要考虑各器件尾纤数值孔径和纤径的匹配性。此外，在制作高功率光纤激光器时需要将各个器件通过熔接链接，在制作工程化或者商业化的光纤激光器需要将各个熔接点涂覆，并加以冷却或者封装保护，这样既增加了光纤激光器的传输光纤的长度，降低非线性效应的阈值，又使得光纤激光器的集成度降低，同时还有熔点损耗导致的激光泄露和散热等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决技术背景中存在的问题以及目前高功率全光纤器件存在的技术缺陷，提供一种集成高功率全光纤器件。

一种集成高功率全光纤器件，包括高功率泵浦合束器和高功率光纤光栅，其特征在于，所述的高功率泵浦合束器的信号纤和高功率光纤光栅的栅区在同 一根无源双包层光纤上，所述的高功率泵浦合束器件的泵浦纤为封装好的光纤及端帽，能够直接插拔在高功率半导体激光的输出端上。

所述的高功率光纤光栅的栅区与高功率泵浦合束器的信号纤为同一根光纤。

所述的高功率泵浦合束器件为N×1型，N小于19，N为正整数。

所述的高功率泵浦合束器件还可以为(N+1)×1型，N小于19，N为正整数。

所述的光纤都为无源低损耗光纤。

本发明的有益效果是：本发明结构紧凑，可靠性高，易于集成，免维护，可以根据实际需要选择不同参数的器件集成组合实现所需的功能，此外该集成高功率全光纤器件可以实行商业化生产。

附图说明

图1本发明实施例一结构示意图，为N×1型高功率泵浦合束器与高功率光纤光栅集成全光器件结构示意图。

图2为本发明实施例二结构示意图，(N+1)×1型高功率泵浦合束器与高功率光纤光栅集成全光器件结构示意图。

其中，20为泵浦臂尾纤，30为，N×1型高功率泵浦合束器，40为双包层光纤，50为高功率光纤光栅，60为(N+1)×1型高功率泵浦合束器。

具体实施方法

一种集成高功率全光纤器件，包括高功率泵浦合束器和高功率光纤光栅，其特征在于，所述的高功率泵浦合束器的信号纤和高功率光纤光栅的栅区在同一根无源双包层光纤上，所述的高功率泵浦合束器件的泵浦纤为封装好的光纤及端帽，能够直接插拔在高功率半导体激光的输出端上。

所述的高功率光纤光栅的栅区与高功率泵浦合束器的信号纤为同一根光纤。

所述的高功率泵浦合束器件为N×1型，N小于19，N为正整数。

所述的高功率泵浦合束器件还可以为(N+1)×1型，N小于19，N为正整数。

所述的光纤都为无源低损耗光纤。

结合附图对本发明做如下详细说明。

本发明的集成高功率全光纤器件，其结构包括N×1型高功率泵浦合束器30和高功率光纤光栅50。N×1型高功率泵浦合束器30的信号纤和高功率光纤光栅50的栅区在一根无源双包层光纤40上。

采用如图1所示的结构，N×1型高功率泵浦合束器30与高功率光纤光栅50组合。其中1～N(N＜19)为封装好的端帽，其可以直接插入到半导体激光器内，作为半导体激光器的输出端，可以省去半导体激光器输出尾纤与高功率泵浦合束器30的尾纤的熔接步骤，采用插拔式的设计，可以提高器件的灵活性，真正实现模块化，便于实际制作生产高功率光纤激光器。封装好的端帽1～N，其一端作为半导体激光器的输出端，另外一端与N×1型高功率泵浦合束器30的泵浦臂尾纤20的一端熔接。泵浦臂尾纤20外套保护套管，提高器件的安全性。泵浦臂尾纤20合束拉锥以后与双包层光纤40低损耗熔接，将该熔接区域用金属元件封装好即是N×1型高功率泵浦合束器30，其中泵浦臂尾纤20纤径一般是200/220μm，200/240μm等规格的传能光纤，双包层光纤40纤径一般是20/400μm，25/400μm，30/400μm 30/250μm，30/600μm等规格的传能光纤。一般N×1常用的规格有2×1，4×1，7×1，19×1，可以根据实际需求选择规格，每个泵浦臂能长时间承受200W以上的泵浦功率。

封装好N×1型高功率泵浦合束器30后，在其另外一端双包层光纤40的20～50cm处刻写所需的高功率光纤光栅50。因受本N×1型高功率泵浦合束器30的制约，一般刻写的高功率光纤光栅50都为高反光栅，反射率反射率≥99％。并将高功率光纤光栅使用金属封装后，并在光纤光栅的另外一端留有80～200cm长度的双包层光纤40即形成集成高功率全光纤器件，整体结构如图1所示。本结构集成高功率全光纤器件可用于高功率光纤激光器谐振腔的反馈端。

采用如图2所示的结构，(N+1)×1型高功率泵浦合束器60与高功率光纤光栅50组合。与图1所示的结构不同之处在于高功率的泵浦合束器，该方案为(N+1)×1型高功率泵浦合束器60，与N×1型高功率泵浦合束器30不同之处在于其两端都有信号纤，这种(N+1)×1型高功率泵浦合束器60既可以做正向泵浦用也可以作为反向泵浦的合束器。该结构集成高功率全光纤器件不仅可以作为高功率光纤激光器谐振腔的输出端，也可以作为种子源与放大级之间过度 链接部分。

(N+1)×1型高功率泵浦合束器60与高功率光纤光栅50组合。其中1～N(N＜19)为封装好的端帽，其功能特性和图1结构的端帽相同，另外一端与泵浦臂尾纤20链接。该(N+1)×1型高功率泵浦合束器60不同之处在于制作(N+1)×1型高功率泵浦合束器60过程中，需将其信号纤也即双包层光纤40与泵浦臂尾纤20一同拉锥，然后低损耗熔接到同一双包层光纤40上。将拉锥区域用金属元件封装后即形成(N+1)×1型高功率泵浦合束器60。双包层光纤40与泵浦臂尾纤20同一端的部分在反馈端时可以用作高功率光纤激光器的返回光的监测，也可以在输出端时候作为高功率光纤激光器的功率输出端。同样，泵浦臂尾纤20外加保护套管，保护尾纤以提高器件的安全性。

在(N+1)×1型高功率泵浦合束器60的合束端的20～40cm双包层光纤40处刻写高功率光纤光栅40，该处高功率光纤40的反射率根据实际需求选择。如该集成高功率全光纤器件作为反馈端时，高功率光纤光栅40的反射率选择高反射率的，反射率≥99％；如该集成高功率全光纤器件作为输出端时，高功率光纤光栅的反射率选择低反射率的，反射率可选择在5～50％之间。同样高功率光纤光栅需要用金属元件封装。在光纤光栅的另外一端留有80～200cm长度的双包层光纤40即形成本方案集成高功率全光纤器件。本方案中的光纤纤径参数与图1方案中的要求相同。

本发明的集成高功率全光纤器件既可以用于高功率连续波光纤激光器，也适用于高功率脉冲光纤激光器。

本领域的普通技术人员应当认识到，以上实施方法仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实例的变化、变型都将落在本发明的保护范围。例如权利要求1的高功率泵浦合束器的简单形式变型，都在本发明的保护范围之内。

发明公开一种集成高功率全光器件，将高功率泵浦合束器和高功率光纤光栅集成到一个光纤器件上。这样减少高功率光纤激光器内的熔点数，缩减了光纤长度，提高全光纤激光器的集成度，并提高了非线性效应的阈值，一定程度上避免了非线性效应。从整体上保证了光纤器件的一致性，可以提高高功率光纤激光器的稳定性。

在高功率光纤激光器领域，全光纤器件的集成度和承受功率水平制约着高功 率光纤激光器的输出功率。目前，实验和生产中采用的都是分立器件，需要将各个器件通过光纤熔接机熔接实现集成，这样增加了光纤的长度，也增加了熔点个数。在光纤激光器的封装过程中需要将各熔点涂覆或单独封装加以保护。本发明公开一种集成高功率全光纤器件，将高功率泵浦合束器和高功率光纤光栅集成到一个光器件上，同时泵浦合束器的泵浦臂采用插拔式结构，不用再与半导体激光器的尾纤熔接。本发明结构紧凑，提高光纤激光器的集成度，缩短光纤的长度，提高高功率光纤激光器的非线性效应阈值，增加高功率光纤激光器的稳定性。

一种集成高功率全光纤器件，其结构包括高功率泵浦合束器和高功率光纤光栅。

所述的高功率泵浦合束器的信号纤和高功率光纤光栅的栅区在一根无源双包层光纤上。所述的高功率泵浦合束器件为N×1或(N+1)×1型，N小于19。

所述的高功率泵浦合束器的泵浦纤单臂能承受200W以上的泵浦光。所述的高功率泵浦合束器件的泵浦纤为封装好的光纤及端帽，可以直接插拔一些高功率半导体激光的输出端。如SMA0.5Q的光纤和端帽接头可直接插入Dilas的高功率半导体激光器。

所述的高功率光纤光栅的栅区与高功率泵浦合束器信号纤在同一根光纤上。

所述的高功率光纤光栅可以承受kW级的激光功率。

所述的集成高功率全光纤器件，采用的光纤都为无源低损耗光纤。

将高功率泵浦合束器与高功率光纤光栅集成到一个全光器件上，消除以往各器件之间的熔接链接。此外，泵浦合束器可以根据需要选择N×1或(N+1)×1型，高功率光纤光栅可以根据实验需要选择高反或低反光栅。选择高反光栅该器件可以作为光纤激光器的反馈端；选择(N+1)×1型高功率泵浦合束器和高功率低反光栅可以作为高功率光纤激光器的输出端。根据实际需要选择不同类型的器件组合可以实现不同的功能，选择本发明的高功率全光纤器件，整个光纤激光器谐振腔部分仅需两个熔点即可，一个是反馈端的集成高功率全光纤器件与增益光纤的熔点，另一个是输出端的集成高功率全光纤器件与增益光纤的熔点。这两个熔点无法消除是由于无源器件和增益光纤之间的熔点无法避免。