高阶模滤除光纤端面泵浦耦合器及其制作方法_3

文档序号:9868979阅读:来源:国知局
所形成的玻璃管300锥腰长度为4cm;将I根输入信号光纤100和6根输入栗浦光纤200组束后,去除输入光纤组束一端的4cm涂覆层以露出包层结构,并对去除包覆层后的光纤包层进行彻底清洁。
[0064]2)参见图5,将剥除区的输入光纤组束的一端插入玻璃管300中,使得剥除区位于玻璃管300的锥腰区域中,输入信号光纤100处于输入光纤束的中心,如图6中(a)图所示,剥除端的输入光纤束伸出包层区在纵向上重叠。玻璃管300拉锥后形成锥区和锥腰。锥腰用于容纳输入光纤束。输入光纤束中的各光纤的涂覆层均不进入玻璃管300的锥腰。
[0065]3)加热输入光纤束和输出光纤400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400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400的锥腰进行切割,切割端面处的输入信号光纤纤芯111和输出信号光纤纤芯411的直径均为ΙΟμπι;熔锥输入光纤束的锥腰横截面结构如图6中(b)所示。411为拉锥区输出纤芯,421为拉锥区输出包层.
[0066]熔锥输出光纤的横截面结构如图6中(C)所示。
[0067]4)将完成切割后的熔锥输入光纤束和熔锥输出光纤400在切割端面上进行熔接,得到本发明提供的耦合器。
[0068]实施例1
[0069]本发明提供的高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器一种实施方式为基于扭转法实现,如图1?2所不。该親合器包括I根输入信号光纤100、围绕输入信号光纤100周缘布置的6根输入栗浦光纤200和与拉锥后的输入光纤束熔合相接的输出光纤400。显然根据所用输入栗浦光纤200的直径,可以相应调整所用输入栗浦光纤200的数量。其中输入信号光纤100包括设置于输入信号光纤100轴线上的输入光纤纤芯110、包裹于输入光纤纤芯外周上的输入光纤包层120和包覆于输入光纤包层120外壁上的输入光纤涂覆层130。输入栗浦光纤200和输出光纤400结构与输入信号光纤100相同,均包括相应的纤芯、包层和涂覆层。输入栗浦光纤200包括栗浦光纤纤芯210、栗浦光纤包层220和栗浦光纤涂覆层230。输出光纤400包括输出光纤纤芯410、输出光纤内包层和输出光纤涂覆层430。图1中的A-A剖面线为图2中的(a),对应于输入信号光纤100和输入栗浦光纤200组束后的区域。图2中(b)为图1中B-B的剖面图,对应于输入光纤组束后经过拉锥后形成的锥腰。211为锥腰栗浦光纤纤芯。
[0070]本实施例中,信号光纤纤芯110的直径为4(^111,信号光纤包层120的直径为1254111,信号光纤纤芯110的数值孔径为0.06,信号光纤内包层的数值孔径为0.46。栗浦光纤纤芯210的直径为105μπι,栗浦光纤包层220的直径为125μπι,纤芯数值孔径为0.22。输出光纤400为双包层光纤,其输出光纤纤芯410的直径为25μηι。输出光纤内包层的直径为250μηι。输出光纤纤芯410的数值孔径为0.06。输出光纤内包层的数值孔径为0.46。
[0071]具体的对于此类本发明提供高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器的制造方法包括以下步骤:
[0072]I)分别对输入信号光纤100和多根输入栗浦光纤200的中段进行去除涂覆层处理,经过处理后露出包层,之后对涂覆层剥除区域进行彻底清洁;
[0073]2)将多根输入栗浦光纤200围绕输入信号光纤100周缘紧密排列,使输入信号光纤100处于输入光纤束的中心,并使输入栗浦光纤200和输入信号光纤100的包层露出区域相互重叠,利用两个光纤夹具分别夹持住输入光纤束的两端带有涂覆层区域130和230,沿相反方向扭转输入光纤束一圈或者两圈,形成输入光纤束。此处的光纤夹具为现有的能夹持住光纤,且不会对其造成损伤的常用各类夹具。
[0074]3)将输入光纤束放置到光纤拉锥机上,加热输入光纤束剥除涂覆层区域至熔融状态并进行拉锥,拉锥至输入光纤束的外径为10Mi时停止,形成熔锥输入光纤束,在熔锥输入光纤束的锥腰进行切割,切割处的输入光纤纤芯直径为ΙΟμπι,横截面如图2中(b)所示。
[0075]4)去除输出光纤400中段处4cm的输出涂覆层430,以露出输出内包层,之后对剥除区进行清洁,利用拉锥机将输出光纤400的剥除区拉锥,至剥除区的内包层直径为ΙΟΟμπι时停止,形成熔锥输出光纤,对熔锥输出光纤400的锥腰进行切割,使得端面处的锥腰输出光纤纤芯410的直径为I Ομπι,横截面如图2中(c)所示。
[0076]5)通过熔接机将熔锥输入光纤束的切割端面和熔锥输出光纤400的切割端面进行熔接,完成耦合器的制作。采用该方法,能有效实现对拉锥比例的控制,避免出现过度拉伸问题。
[0077]图3为此实施例中信号激光传播原理示意图,以说明本发明提供的耦合器的高阶模滤除功能。对于波长λ=1.064μπι的激光,输入信号光纤100的纤芯归一化频率V = 7,除了基模LPOl模式之外,大约还存在11个高阶模式。140为输入信号光纤100中的基模信号光140,150为输入信号光纤100中的高阶模信号光150。基模信号光140传播至拉锥区时形成锥区基模信号光141,之后在继续传播至输出光纤400的过程中,逐渐演化为输出信号光纤中的输出基模信号光440。而对于高阶模信号光150而言,由于锥腰区域的拉锥区信号纤芯(SP图中的111)直径仅为ΙΟμπι,其对应的归一化频率为V= 1.77<2.405,该归一化频率仅支持单模传输,因而高阶模信号光150在传播至拉锥区域时逐渐演化为包层模式151,包层模式151的光一部分在锥腰区域辐射出光纤,另一部分继续传播至输出光纤400的包层中形成包层信号光450。也无法通过输出纤芯410继续传播。因而只有基模信号光140能通过输出纤芯410被放大,实现高质量光束激光的输出,从而对高阶模信号光150实现滤除作用。
[0078]图3为此实施例中栗浦光传播原理示意图,以说明本发明提供的耦合器所具有的:降低输出双包层光纤涂覆层430中热负载的功能。
[0079]第一个阶段:栗浦激光171从输入栗浦光纤200到熔接点处的传输。本实施例中所用输入栗浦光纤200纤芯的数值孔径为0.22,输入光纤束的整体外径约为400μπι,输入光纤束中的栗浦光170传播至拉锥区后,随着包层直径缩小为ΙΟΟμπι,根据亮度守恒原理,栗浦激光171的数值孔径将变为NA = 0.22 Χ400/100 ? 0.88。而熔接点处包层的数值孔径由石英玻璃折射率(η? 1.44)和空气折射率(η? I)决定,为NA? 1.04。由于栗浦激光的数值孔径小于包层的数值孔径,因而避免了部分栗浦激光171在传输通过熔接点时转变为热量,造成熔接点的热负载过大的问题。从而实现无损耗传输。
[0080]第二个阶段:参见图4,栗浦激光171从熔接点到输出光纤400的传输。栗浦光170从熔接点(NA=1.04)传播至输出光纤400的过程中,栗浦激光171经过拉锥区后,逐渐演化为输出光纤栗浦光470,对应输出光纤的包层的直径为250μπι(此时是指的进入没有拉锥的输出光纤中),根据亮度守恒原理,对应的输出光纤栗浦激光470的数值孔径为NA= 1.04 X100/250 ?0.42,小于输出光纤400内包层数值孔径NA = 0.46。由于栗浦激光171的数值孔径小于输出光纤400内包层的数值孔径,因而所有进入输出光纤400的栗浦光都能被束缚在输出光纤400的内包层中,减少了在输出光纤400涂覆层处形成的热负载。
[0081 ] 实施例2
[0082]本实施例中提供的高阶模滤除光纤端面栗浦耦合器为通过套管法制成。如图5?6
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