专利名称：一种光纤功率合成器和激光加工系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于功率合成器件领域，尤其涉及一种光纤功率合成器和激光加工系统。
背景技术：
光纤功率合成器主要功能在于，把传输光纤内的能量尽可能多地传输至合成光纤内，并且要求尽可能少地破坏合成光纤原有的结构性质。鉴定一个功率合成器的优劣有如下几个主要因素1、传输光纤内的能量进入合成光纤的效率即耦合效率；2、合成光纤保持原有特性的程度，包括纤芯、包层等的特性；3、器件的反向隔离度，即反向的各种光回到合成光纤以及传输光纤内的程度；4、器件承受功率的程度，应使得泄漏的光尽可能少影响器件质量；5、器件长期可靠性、稳定性。而现有光纤功率合成器会破坏合成光纤的纤芯结构， 工艺复杂，不利于将传输光纤内的光传输至合成光纤内，反向隔离度差，容易带入杂质，难以承受大功率的问题。
实用新型内容本实用新型实施例的目的在于提供一种光纤功率合成器，旨在解决现有光纤功率合成器容易破坏合成光纤的纤芯结构，工艺复杂，容易带入杂质，不利于将传输光纤内的光传输至合成光纤内，反向隔离度差，难以承受大功率的问题。本实用新型实施例是这样实现的，一种光纤功率合成器，包括合成光纤和接入所述合成光纤的传输光纤，所述合成光纤和传输光纤均具有一去除表层的结合部，所述传输光纤的结合部的直径较所述合成光纤的结合部的直径小，所述传输光纤的结合部平贴并熔接于所述合成光纤的结合部。本实用新型实施例的另一目的在于提供一种激光加工系统，所述激光加工系统包括上述光纤功率合成器。本实用新型实施例先处理传输光纤的结合部使其变细，使传输光纤的结合部平贴并熔接于合成光纤，无需改变合成光纤的纤芯结构，工艺简单，不易带入杂质，使传输光纤内的光更多地传输至合成光纤内，反向隔离度高，且可承受较大功率。
图1是本实用新型实施例提供的传输光纤的结构示意图；图2是本实用新型实施例提供的传输光纤的结合部熔接于合成光纤的示意图；图3是本实用新型实施例提供的移除传输光纤的输出端的示意图；图4是本实用新型实施例提供的烧结传输光纤的断点使其平滑的示意图；图5是本实用新型实施例提供的于传输光纤的断点涂覆低折射率胶的示意图；图6是本实用新型另一实施例提供的传输光纤的结构示意图；图7是本实用新型另一实施例提供的传输光纤的结合部熔接于合成光纤的示意图；图8是本实用新型实施例提供的多根传输光纤与合成光纤耦合的示意图；图9是图8A-A剖面示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。本实用新型实施例先处理传输光纤的结合部使其变细，使传输光纤的结合部平贴并熔接于合成光纤，无需改变合成光纤的纤芯结构，工艺简单，不易带入杂质，使传输光纤内的光更多地传输至合成光纤内，反向隔离度高，且可承受较大功率。本实用新型实施例提供的光纤功率合成器包括合成光纤和接入所述合成光纤的传输光纤，所述合成光纤和传输光纤均具有一去除表层的结合部，所述传输光纤的结合部的直径较所述合成光纤的结合部的直径小，所述传输光纤的结合部平贴并熔接于所述合成光纤的结合部。本实用新型实施例提供的激光加工系统包括上述光纤功率合成器。以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细描述。如图1所示，传输光纤11为单模光纤、多模光纤、多包层光纤、光子晶体光纤等各种能够传输能量的光纤。先去除传输光纤11的结合部110的表层(如树脂涂层)，然后对该传输光纤11的结合部110进行处理，使传输光纤11的结合部110变细。具体地，由火焰烧结、电弧放电、激光加热等对传输光纤11的结合部110直接或间接加热，使得传输光纤11的结合部110熔融，将其拉细；或者采用腐蚀、光学冷加工或光学热加工使得传输光纤11的结合部110变细。处理的区域可为对称或不对称。通常，传输光纤11的结合部110经熔融拉锥机处理后形成光纤锥区。对于单模光纤，光纤锥区的直径逐渐减小，如果光纤锥区的直径变化过快，则会产生高阶模式激励，如果光纤锥区的直径变化缓慢，则不会产生损耗。[0024]本实用新型实施例由Mewart-Love判据判断光纤锥区直径变化的快慢，如公式
^ f Zb = $其中P为光纤锥区任一位置的半径，4为两个最低阶模之间的拍长，Δ β
为光纤锥区任两位置的传播常数差。当光纤锥区的直径变化速率小于Mewart-Love判据时，称为绝热锥区，不会发生能量损失；当光纤锥区的直径变化速率大于Mewart-Love判据时，称为非绝热锥区，因激励出高阶模，而产生损耗。同样地，对于多模光纤，当光纤锥区的直径变化速率大于Mewart-Love判据时， 或者当拉锥后的光纤在锥区发生弯曲或者扭绞，包层将无法束缚纤芯内全部的光，导致部分的光于锥区向外泄漏。因此，优选使光纤锥区的直径变化速率小于Mewart-Love判据。本实用新型实施例中，合成光纤10亦可为单模光纤、多模光纤、多包层光纤、光子晶体光纤等各种能够传输能量的光纤。先将合成光纤10的结合部100的表层(如树脂涂层)去除，接着使上述传输光纤11的结合部110平贴于合成光纤10的结合部100形成一个熔接区12。由火焰16烧结、电弧放电、激光加热等对熔接区12直接或间接加热，使传输光纤11的结合部110熔接于合成光纤10，这样传输光纤11内的光将传输至合成光纤10内，如图2所示。根据公式 AiHi2Sin2 θ , = A0n02sin2 θ ^，其中A为光纤断面面积，η为折射率，θ为端面最大发散角，由
η ηNAout d
于sin θ = NA, AiA0 = Cli2Mtl2,所以H其中，Cli为上述光纤锥区输入端的直径， NAin为该输入端的数值孔径；d。为上述光纤锥区输出端的直径，NAout为该输出端的数值孔
径。当NAm<NA。ut|时，将使传输光纤11内的光更多地传输至合成光纤10内。 di进一步地，可移除传输光纤11的输出端13即剪断或拉断传输光纤11的输出端 13，如图3所示。为使断点14平滑，用火焰烧结、电弧放电、激光加热等对断点14直接或间接加热，使该断点14熔融，这样传输光纤11内的光尽可能少地从断点14泄漏，将有更多的光进入合成光纤10，耦合效率更高，如图4所示。或者于断点14处涂覆低折射率胶17，从断点14泄漏光经全反射后进入合成光纤10，亦有助于提升耦合效率，如图5所示。或者先熔融断点再涂覆低折射率胶。当然，还可保留传输光纤的输出端，可获取从传输光纤的输出端输出的信号，实现对传输光源的监测；亦可减小器件内部功率损耗，提高传输功率。应当理解，如果传输光纤11的结合部110为非对称的锥形，直接将该传输光纤11 的结合部110熔接于合成光纤10的结合部100即可，如图6和图7所示。如图8和图9所示，为使得更多的传输光纤11与合成光纤10耦合，由多根传输光纤11平贴于合成光纤10的同一结合部100，该多根传输光纤11均布于合成光纤10的结合部100的周向。此外，还可沿合成光纤10设多个结合部，各结合部均平贴有多根传输光纤 11，以进一步提升合成器的功率。本实用新型实施例先处理传输光纤的结合部使其变细，使传输光纤的结合部平贴并熔接于合成光纤，无需改变合成光纤的纤芯结构，工艺简单，不易带入杂质，使传输光纤内的光更多地传输至合成光纤内，反向隔离度高，且可承受较大功率。同时，采用平贴的方式使传输光纤的结合部结合于合成光纤，这样可将更多的传输光纤与合成光纤耦合，以进一步提升合成器的功率。此外，将传输光纤的输出端移除后，使断点烧结平滑并涂覆低折射率胶，亦有助于提升耦合效率。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种光纤功率合成器，包括合成光纤和接入所述合成光纤的传输光纤，其特征在于， 所述合成光纤和传输光纤均具有一去除表层的结合部，所述传输光纤的结合部的直径较所述合成光纤的结合部的直径小，所述传输光纤的结合部平贴并熔接于所述合成光纤的结合部。
2.如权利要求1所述的光纤功率合成器，其特征在于，所述传输光纤的结合部经熔融拉锥、腐蚀、光学冷加工或光学热加工处理后，其直径较所述合成光纤的结合部的直径小。
3.如权利要求1所述的光纤功率合成器，其特征在于，所述传输光纤的结合部与所述合成光纤的结合部平滑熔接。
4.如权利要求1、2或3所述的光纤功率合成器，其特征在于，所述传输光纤与所述合成光纤的熔接区涂覆有低折射率胶。
5.如权利要求4所述的光纤功率合成器，其特征在于，所述传输光纤为多根，该多根传输光纤均布于所述合成光纤的结合部的周向。
6.如权利要求5所述的光纤功率合成器，其特征在于，沿所述合成光纤设有多个结合部。
7.如权利要求6所述的光纤功率合成器，其特征在于，各结合部均平贴并熔接有多根传输光纤。
8.一种激光加工系统，其特征在于，所述激光加工系统包括权利要求1 7中任一项所述的光纤功率合成器。
专利摘要本实用新型适用于功率合成器件领域，提供了一种光纤功率合成器和激光加工系统，所述光纤功率合成器包括合成光纤和接入所述合成光纤的传输光纤，所述合成光纤和传输光纤均具有一去除表层的结合部，所述传输光纤的结合部的直径较所述合成光纤的结合部的直径小，所述传输光纤的结合部平贴并熔接于所述合成光纤的结合部。本实用新型先处理传输光纤的结合部使其变细，使传输光纤的结合部平贴并熔接于合成光纤，不会破坏合成光纤的纤芯结构，使传输光纤内的光更多地传输至合成光纤内工艺简单，反向隔离度高，不易带入杂质，且可承受较大功率。
文档编号G02B6/255GK201936032SQ201020605089
公开日2011年8月17日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者张翔, 施建宏, 沈培生 申请人:莱特尔科技(深圳)有限公司