专利名称：光纤功率合束器及其制备方法
技术领域：
本发明属于光纤激光器技术领域，涉及将多个光纤激光器光源耦合为一个输出， 达到提高光纤激光器输出功率的目的，具体涉及光纤功率合束器及其制备方法。
背景技术：
光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器，具有结构 紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，已成功应用于机械加工、医疗、汽车制 造及军事等领域。随着其应用领域的不断拓展，如汽车制造、传播制造等行业中厚金属板的 激光器切割和焊接，希望光纤激光器的输出功率达到数千瓦至数十千瓦。虽然目前单根光纤的输出功率已经突破lkW，但仅限于实验室水平，且由于掺杂光 纤内的非线性效应以及热损伤等物理机制的限制，单根光纤输出功率的进一步提升将非常 困难，目前成熟的单个光纤激光器功率单元一般功率在500瓦以内。为提高光纤激光器的输出功率，这就需要将多个光纤激光器功率单元合为一束输 出，主要有相干合成和非相干合成两种方法。光纤激光器的相干合成结构较为复杂，且不易 调节，不适合应用于高功率光纤激光器产品中。光纤激光器的非相干合成主要有光栅法、布 拉格体光栅法等，但这些自由空间元件要求精度高且稳定性差，也不适合用于制造高功率 光纤激光器产品。传统的光纤合束器一般采用多模单包层光纤将多个泵浦源耦合为一束输出，用于 提高输出功率，但输出光束质量较差，不适合用于将多个光纤激光器合为一束输出。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的技术问题，提供了一种光纤功率合束器及其制备 方法，通过光纤熔接将多路光纤激光器方便快捷地合为一束输出，完全摒弃了自由空间元 件的使用，实现全光纤结构，使得高功率光纤激光器能稳定可靠运行，从而实现高功率光纤 激光器的产品化。光纤功率合束器，由输入端双包层光纤和输出端的大纤芯双包层光纤组成，其特 征在于输入端为η根双包层光纤，输出端为一根大纤芯双包层光纤，将输入端的η根双包 层光纤外包层腐蚀掉和内包层腐蚀一半或将输入端的η根双包层光纤外包层腐蚀掉和内 包层抛光为360度/n的扇形截面，再将η根处理后的双包层光纤紧密排放在一起进行熔融 拉锥，并涂覆涂层，然后将拉锥端面切平，再与大纤芯双包层光纤熔接在一起，η > 2的自然 数。光纤功率合束器的制备方法，其特征在于按以下步骤进行(1)将η根输入端的双包层光纤一端的外包层腐蚀掉，并将内包层均勻腐蚀掉一 半，再将η根处理后的双包层光纤紧密排放在一起并放入石英毛细玻璃管中；或，将η根输 入端的双包层光纤一端的外包层腐蚀掉，并将内包层抛光为360度/n的扇形截面，再将η 根处理后的双包层光纤紧密排放在一起并放入石英毛细玻璃管中，η > 2的自然数；
(2)对石英毛细玻璃管外侧均勻加热，使其熔塌在光纤束上；(3)将光纤束经处理后的一端熔融并进行均勻拉锥，然后涂覆涂层；(4)将拉锥端切平，并与一根大纤芯双包层光纤相熔接在一起。上述制备方法中还包括以下步骤，采用外封管对熔接处进行封套保护。所述双包层光纤为阶跃型光纤。熔融拉锥为一均勻拉锥过程，即纤芯尺寸和经处理后内包层尺寸同比例减小。所述输出端的大纤芯双包层光纤具有比输入光纤大的纤芯和包层直径，以使得输 入光纤束传输的激光能完全耦合进入输出光纤，保证高的耦合效率。本发明的光纤功率合束器输入、输出端光纤均为双包层光纤，可有效实现多路光 纤激光器的耦合输出，具有耦合效率高、稳定可靠的特点。
图1为普通双包层光纤，纤芯101、内包层102和外包层103。图2为腐蚀掉外包层和内包层一部分后的双包层光纤，纤芯101、内包层202。图3、图4和图5分别为输入光纤为2根、3根和7根时，光纤紧密排放示意图，301
为石英毛细玻璃管。图6、图7和图8分别为输入光纤为2根、3根和4根时，内包层抛光处理后的光纤 束紧密排放示意图，301为石英毛细玻璃管。图9为光纤功率合束器截面示意图，901为输出端的大纤芯双包层光纤。
具体实施例方式结合附图对本发明作进一步的描述。以输入光纤为3根的光纤功率合束器为例，光纤参数为9/105/125 μ m。其制备方 法如下实施例一(1)将图1所示双包层光纤的外包层103腐蚀掉，并将内包层102均勻腐蚀至原 来的一半，即将内包层由105 μ m腐蚀至约52 μ m，腐蚀后的光纤只剩下纤芯101和内包层 202，如图2所示；(2)将3根按步骤1处理后的输入光纤紧密排放在一起，并将光纤束放入一个石英 毛细玻璃管301中，如图4所示；(3)对石英毛细玻璃管外侧均勻加热，加热温度1700°C，时间5min，使其熔塌在光 纤束上；(4)将光纤束经处理后的一端熔融并进行均勻拉锥，拉制完成后，拉锥区纤芯和包 层最小直径分别为3 μ m和17 μ m，然后涂覆涂层；(5)将拉锥端切平，并与一根大纤芯双包层光纤901相熔接，纤芯和内包层尺寸分 别为40 μ m禾口 400 μ m，其截面如图9所示；(6)采用外封管对熔接处进行封套保护。实施例二 (1)将图1所示双包层光纤的外包层103腐蚀掉，并将内包层102截面抛光为120°扇形，如图7所示；(2)将3根按步骤1处理后的输入光纤紧密排放在一起，并将光纤束放入一个石英 毛细玻璃管301中，如图7所示；(3)对石英毛细玻璃301管外侧均勻加热，加热温度1700°C，时间5min，使其熔塌 在光纤束上；(4)将光纤束经处理后的一端熔融并进行均勻拉锥，拉制完成后，拉锥区纤芯和包 层最小直径分别为3 μ m和35 μ m(扇形石英棒)，然后涂覆涂层；(5)将拉锥端切平，并与一根大纤芯双包层光纤901相熔接，纤芯和内包层尺寸分 别为40 μ m禾口 400 μ m，其截面如图9所示；(6)采用外封管对熔接处进行封套保护。
权利要求
1.光纤功率合束器，由输入端双包层光纤和输出端的大纤芯双包层光纤组成，其特征 在于输入端为η根双包层光纤，输出端为一根大纤芯双包层光纤，将输入端的η根双包层 光纤外包层腐蚀掉和内包层腐蚀一半或将输入端的η根双包层光纤外包层腐蚀掉和内包 层抛光为360度/n的扇形截面，再将η根处理后的双包层光纤紧密排放在一起进行熔融 拉锥，并涂覆涂层，然后将拉锥端面切平，再与大纤芯双包层光纤熔接在一起，η > 2的自然 数。
2.根据权利要求1所述的光纤功率合束器，所述双包层光纤为阶跃型光纤。
3.根据权利要求1或2所述光纤功率合束器的制备方法，其特征在于按以下步骤进行(1)将η根输入端的双包层光纤一端的外包层腐蚀掉，并将内包层均勻腐蚀掉一半，再 将η根处理后的双包层光纤紧密排放在一起并放入石英毛细玻璃管中；或，将η根输入端的 双包层光纤一端的外包层腐蚀掉，并将内包层抛光为360度/n的扇形截面，再将η根处理 后的双包层光纤紧密排放在一起并放入石英毛细玻璃管中，η ^ 2的自然数；(2)对石英毛细玻璃管外侧均勻加热，使其熔塌在光纤束上；(3)将光纤束经处理后的一端熔融并进行均勻拉锥，然后涂覆涂层；(4)将拉锥端切平，并与一根大纤芯双包层光纤相熔接在一起。
4.根据权利要求3所述的光纤功率合束器的制备方法，其特征在于还包括以下步骤， 采用外封管对熔接处进行封套保护。
全文摘要
本发明涉及用于大功率光纤激光器的光纤功率合束器及其制备方法，光纤功率合束器，由输入端双包层光纤和输出端的大纤芯双包层光纤组成，其特征在于输入端为n根双包层光纤，输出端为一根大纤芯双包层光纤，将输入端的n根双包层光纤外包层腐蚀掉和内包层腐蚀一半或将输入端的n根双包层光纤外包层腐蚀掉和内包层抛光为360度/n的扇形截面，再将n根处理后的双包层光纤紧密排放在一起进行熔融拉锥，并涂覆涂层，然后将拉锥端面切平，再与大纤芯双包层光纤熔接在一起，n≥2的自然数。本发明的光纤功率合束器输入、输出端光纤均为双包层光纤，可有效实现多路光纤激光器的耦合输出，具有耦合效率高、稳定可靠的特点。
文档编号G02B6/245GK102116902SQ20111006246
公开日2011年7月6日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者刘晓旭, 李成, 李立波, 闫大鹏, 闵大勇 申请人:武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司