高阶模滤除光纤端面泵浦耦合器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光器技术领域，具体的涉及一种高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]光纤激光器由于具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、易散热、工作稳定性高等优点，已经广泛应用于工业加工、医疗卫生和国防军事等领域。近些年来，随着双包层光纤栗浦技术的成熟和光纤制造工艺的改进，光纤激光器的输出功率也不断提升。目前大功率光纤激光器中主要采用主振荡功率放大(MOPA)结构来实现激光输出功率的提高，这种结构通常由振荡器和一级放大器或者更多级放大器组成。光纤栗浦耦合器的性能直接决定了进入放大器的信号光功率和栗浦光功率，是MOPA结构大功率光纤激光器的核心元器件。其中光纤栗浦耦合器的作用是将振荡器或者前级的信号光与栗浦光高效地耦合进光纤下一级放大器的增益双包层光纤中。
[0003]目前用于主振荡功率放大结构的光纤栗浦耦合器主要采用端面栗浦的实现方式。传统的光纤端面栗浦耦合器的实现原理是通过对输入的信号光纤和输入栗浦光纤进行熔融拉锥，然后将熔锥光纤束在锥区进行切割，之后与输出光纤直接进行熔接。由于信号光纤的纤芯经过拉锥后直径变小，使得其与输出光纤熔接时产生的信号光损耗很大。为了降低这种损耗，现有技术中存在以下解决方法:CN201410600456.1中公开了一种大功率弱拉锥低损耗栗浦/信号合束器，该栗浦/信号合束器通过将拉锥比例控制在I?1.45的范围内，以实现降低信号光的损耗。再例如CN201110458029.0中公开了一种大模场光纤栗浦耦合器及其制造方法，该方法提出了一种不改变信号光纤纤芯直径的方法，以降低信号激光在传输过程中的损耗。
[0004]尽管这些专利都能够有效降低信号激光的损耗，但并不能保证所输出激光的亮度和光束质量。
[0005]另一方面，对于传统的光纤端面耦合器的包层栗浦激光，还存在严重的涂覆层热负载问题。这是由于目前常用的双包层光纤的涂覆层为聚合物材料，导致内包层的数值孔径仅为NA = 0.46，而由内包层和空气构成的波导结构所形成结构的数值孔径大于I，二者之间存在不匹配，这使得通过熔接点后的部分栗浦光(数值孔径大于0.46的部分)容易在涂覆层处损耗，继而形成热积累。双包层光纤的涂覆层聚合物材料的热负载能力远低于石英等材料，造成光纤栗浦耦合器在此处容易受热导致断裂，使其使用过程中存在不稳定因素。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器及其制作方法，该发明解决了现有光纤端面栗浦親合器基模信号光损耗较大、输出激光光束质量较低，以及输出光纤涂覆层热负载过大的技术问题。
[0007]本发明的一方面还提供了一种高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器，包括:输入信号光纤、围绕输入信号光纤周缘均布的多根输入栗浦光纤和输出光纤，输入栗浦光纤围绕输入信号光纤均布形成输入光纤组束，输入光纤组束的一端经过恪融拉锥后形成相互结合的输入光纤束，输出光纤的一端经过熔融拉锥后与输入光纤束的一端相熔接接形成熔接点；
[0008]在熔接点处，输入信号光纤纤芯直径与输出光纤纤芯直径相等，输入信号光纤纤芯和输出信号光纤纤芯的数值孔径相等，均为0.06-0.1;
[0009]在熔接点处，输入信号光纤的纤芯归一化频率V〈2.405。
[0010]进一步地，输入光纤的内包层直径与输入栗浦光纤的包层直径相差不超过20%。
[0011]进一步地，在熔接点处，输入光纤束的外周直径小于或者等于输出光纤内包层直径。
[0012]本发明的另一方面还提供了一种如上述高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器的制造方法，为扭转法或套管法，
[0013]扭转法包括以下步骤:
[0014]I)分别去除输入信号光纤、多根输入栗浦光纤和输出光纤中段的涂覆层，露出包层，形成剥除区；
[0015]2)夹持住输入光纤组束留有涂覆层的两端，沿相反方向扭转输入光纤组束一圈或者两圈，形成输入光纤束；
[0016]3)加热输入光纤束和输出光纤剥除区至熔融状态并进行拉锥，拉锥至输入光纤束的外径和输出光纤剥除区的内包层直径均为ΙΟΟμπι时停止，分别形成熔锥输入光纤束和熔锥输出光纤，在熔锥输入光纤束和熔锥输出光纤的锥腰进行切割，切割端面处的输入信号光纤纤芯和输出光纤纤芯的直径相等；
[0017]4)将熔锥输入光纤束的切割端面和熔锥输出光纤的切割端面进行熔接，得到高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器；
[0018]套管法包括以下步骤:
[0019]I)将玻璃管的中段拉锥至内径为750μπι，外径为825μπι，拉锥后玻璃管的锥腰长度为4cm，分别去除输出光纤、输入信号光纤和多根输入栗浦光纤一端的涂覆层，露出包层，形成剥除区；
[0020]2)将剥除区的输入信号光纤和栗浦光纤分别插入拉锥后的玻璃管对应的孔中，得到输入光纤束，输入信号光纤和栗浦光纤的剥除区位于拉锥后的玻璃管的锥腰区中，剥除端的输入信号光纤和栗浦光纤伸出包层区在纵向上重叠；
[0021]3)加热输入光纤束和输出光纤剥除区至熔融状态并拉锥至输入光纤束的外径和输出光纤剥除区的内包层直径均为I ΟΟμπι时停止，分别形成熔锥输入光纤束和熔锥输出光纤，在熔锥输入光纤束和熔锥输出光纤的锥腰进行切割，切割端面处的输入光纤纤芯和输出光纤纤芯的直径均为ΙΟμπι;
[0022]4)将熔锥输出光纤和熔锥输入光纤束的切割端面进行熔接得到所述高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器。
[0023]本发明的技术效果:
[0024]1、本发明提供的高阶模滤除功能光纤端面栗浦耦合器，通过控制拉锥比例，使得输入光纤束的信号纤芯和输出光纤的纤芯的直径和数值孔径在熔接点处相等，从而实现基模(LPOI模式)信号光的耦合效率达到100 % ;
[0025]2、本发明提供的高阶模滤除功能光纤端面栗浦耦合器制作方法，通过控制熔接点区域的拉锥尺寸，(即确保V〈2.405)，从而使得纤芯只支持基模传输，实现对高阶模式(例如LPl I模式和LP02模式等)激光的有效滤除，提高输出信号激光的光束质量；
[0026]3、本发明提供的高阶模滤除功能光纤端面栗浦耦合器，栗浦光在进入输出光纤之后，数值孔径在拉锥区域逐渐减小，从而进一步降低输出光纤外包层的热负载。提高所得光纤端面栗浦耦合器的使用稳定性。
[0027]具体请参考根据本发明的高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器及其制作方法提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。
【附图说明】
[0028]图1是本发明优选实施例的基于扭转法的高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器剖面主视不意图；
[0029]图2中的a-d分别为图1中A-A、B-B、C-C、D-D处的剖面示意图；
[0030]图3是本发明优选实施例的高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器中信号激光传播原理示意图；
[0031]图4是本发明优选实施例的高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器中栗浦光传播原理示意图；
[0032]图5是是本发明优选实施例的基于套管法的高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器剖面主视不意图；
[0033]图6中的a-d分别为图5中A-A、B-B、C-C、D_D处的剖面示意图。
[0034]图例说明:
[0035]100、输入信号光纤；110、信号光纤纤芯；120、信号光纤包层；140、基模信号光；141、锥腰基模信号光；150、高阶模信号光；151、包层模式；170、输入栗浦光；171、锥腰栗浦光;470、输出光纤栗浦光;200、输入栗浦光