用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术领域，具体的涉及一种用于光纤放大器的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、工作稳定性好等优点，已被广泛地应用于工业加工、医疗卫生和国防军事等领域。近年来，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。光纤栗浦耦合器的作用就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。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。
[0003]目前常用的全光纤栗浦耦合器主要分为端面栗浦和侧面栗浦两种方法。一方面，传统的端面栗浦耦合器通过对输入信号光纤和栗浦光纤进行熔融拉锥，使得信号光纤的纤芯逐渐变小，信号光的耦合效率较低，而限制了最终激光器的输出功率。例如CN201410600456.1中公开了一种大功率弱拉锥低损耗栗浦/信号合束器，提出了一种将拉锥比例控制在1-1.45范围内的方法，以实现信号光的低损耗。再例如CN 201110458029.0中公开了一种大模场光纤栗浦耦合器及其制造方法，提出在不改变信号光纤纤芯直径的情况下，来实现信号激光的低损耗传输。另一方面，侧面栗浦耦合虽然很好地解决了信号光的损耗问题，但是难以解决栗浦光纤的组束和高效率耦合问题，无法满足大功率条件下的实际需求。为此，CN201110456333.1中公开了一种光纤侧面耦合器及其制造方法，该方法通过将栗浦光纤和信号光纤内包层径向表面的形状互补匹配法制作侧面栗浦耦合器。
[0004]由上可见，对于端面栗浦耦合器，上述方法能实现栗浦激光的高效率耦合，而用于信号激光的耦合时则效率较低。而用于侧面栗浦耦合器时，则与之相反，对信号激光的耦合效率较高，对栗浦激光的耦合效率则较低。除此之外，上述专利中提到的栗浦耦合器还存在如下问题:一、制作过程中对于输入光纤的组束要求很高，只能对特定数量的栗浦光纤进行特定形状的组束，(例如一般的组束方式仅限于(2+1) X I或(6+1) X I等结构)，并且按此特殊结构进行组束时，组束难度较大;二、组束后光纤束的形状变化较大，会增加光损耗。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器及其制作方法，该发明解决了现有技术中对于端面或侧面栗浦耦合器中信号激光和栗浦激光的耦合效率无法同时达到较高的问题，以及现有方法在制作过程中对光纤组束形状要求特殊，组束难度大的技术问题。
[0006]本发明提供一种用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器的制造方法，包括以下步骤:
[0007]I)对玻璃管的中段等比例拉锥至玻璃管的外径为420μπι，拉锥后玻璃管的锥区长度为3cm，锥腰长度为2cm，拉锥后玻璃管锥腰内的信号光纤空气孔的直径为110?147μπι，栗浦光纤空气孔的直径为90?ΙΙΟμπι;
[0008]2)将I根输入信号光纤和至少一根栗浦光纤的一端去除6cm涂覆层后，形成露出相应包层结构的剥除区，并对剥除区进行彻底清洁；
[0009]3)腐蚀输入信号光纤的剥除区，腐蚀或拉锥输入栗浦光纤的剥除区，腐蚀后的输入信号光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰处光纤直径为100?140μπι，腐蚀或者拉锥后的输入栗浦光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰直径为85?10ym;
[0010]4)将输入信号光纤的锥腰端插入拉锥后玻璃管的锥腰信号光纤空气孔中，输入信号光纤的外壁与信号光纤空气孔内表面相接触；
[0011]将栗浦光纤的锥腰端插入拉锥后玻璃管的锥腰栗浦光纤空气孔中，栗浦光纤的外壁与栗浦光纤空气孔的内表面相接触；
[0012]5)对玻璃管的拉锥区域拉锥至玻璃管锥腰的外径为400μπι时停止，在输入光纤束的锥腰进行切割;去除输出光纤一端的涂覆层，形成露出内包层的剥除区，并对剥除区进行切割，将输入光纤束的切割端面与输出光纤的切割端面进行熔接得到用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器；
[0013]在熔接点处，信号纤芯的直径与输出纤芯的直径相等，玻璃管的外径应该输出光纤的内包层直径相等。
[0014]进一步地，输入信号光纤的纤芯和输出光纤的纤芯数值孔径相等。
[0015]进一步地，输出光纤的包层直径为输出光纤的纤芯直径的5倍以上。
[0016]进一步地，玻璃管中心轴线处设置用于插入输入信号光纤的信号光纤空气孔，信号光纤空气孔的周围均布多个栗浦光纤空气孔。
[0017]进一步地，信号光纤空气孔的内径为输入信号光纤的包层直径的1-1.2倍;栗浦光纤空气孔的内径为栗浦光纤包层直径的1-1.2倍。
[0018]本发明提供一种如上述制作得到的用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器。
[0019]本发明的技术效果:
[0020]本发明提供的用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器的制造方法，通过使用多孔玻璃管，无需对输入信号光纤的纤芯进行拉锥处理，即可保证输入光纤的纤芯和输出光纤的纤芯直径基本一致，使其能适用于各类模式的信号光，从而实现较高的耦合效率。
[0021]本发明提供的用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器，输入光纤包层和输出光纤内包层熔接点处的形状、直径相等，从而保证了较高的栗浦光耦合效率。
[0022]本发明提供的用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器，输入光纤组束的自由度大，可适用于多种不同类型的光纤组束方式，对输入光纤的直径以及栗浦光纤的数目没有限制。
[0023]具体请参考根据本发明的用于光纤放大器的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技术效果和其他方面显而易见。
【附图说明】
[0024]图1为本发明提供的实施例1用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器，S卩(6+1)X I型光纤端面耦合器(即:25/250μπι+220/242μπι-25/400μπι)的主视剖视示意图；
[0025]图2中(a)为图1中玻璃管横截面示意图；(b)为图1中A-A向剖面示意图；
[0026]图3中(a)为图1中B-B向剖面示意图；(b)为图1中C-C向剖面示意图；
[0027]图4中为本发明提供的实施例2用于光纤放大器的光纤端面栗浦耦合器，S卩(10+1)X I型光纤端面耦合器(即:20/400μπι+220/242μπι-20/400μπι)的主视剖视示意图；
[0028]图5中(a)为图4中所采用的玻璃管横截面示意图；(b)为图4中A-A向剖面示意图；
[0029]图6中(a)为图4中图4中B-B向剖面示意图；(b)为图4中C-C向剖面示意图。
[0030]图例说明:
[0031]100、输入信号光纤；110、信号光纤纤芯；120、信号光纤包层；130、信号光纤涂覆层;200、栗浦光纤;210、栗浦光纤纤芯;220、栗浦光纤包层;230、栗浦光纤涂覆层;400、输出光纤;410、输出光纤纤芯;420、输出光纤内包层;430、输出光纤涂覆层。
【具体实施方式】
[0032]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0033]本文中，锥腰是指，经过拉锥处理后所形成的直径缩小的管状段，该段内两相对边相互平行。锥区是指经过拉锥处理或腐蚀处理后形成的，两相对边向相交方向倾斜的锥台区，拉锥区域是锥区和锥腰的统称。输入光纤组束是指以输入信号光纤为中轴线，在输入信号光纤周围均布多根栗浦光纤所形成的组束。熔锥输入光纤束是指输入光纤组束经过拉锥处理实现输入信号光纤和栗浦光纤外壁相互熔接的一端或通过玻璃管等连接器件实现输入信号光纤和栗浦光纤的相互连接。
[0034]为便于理解，对本发明技术方案概述如下:该栗浦耦合器，包括I根输入信号光纤、至少I根栗浦光纤、I根玻璃管和I根输出光纤，输入信号光纤包括原始信号光纤和一段通过腐蚀方式获得的内包层直径减小的输入信号光纤，栗浦光纤包括原始栗浦光纤和一段通过拉锥或者腐蚀方式得到的包层和纤芯直径都减小的栗浦光纤。玻璃管中包括用于插入信号光纤的信号光纤