保偏泵浦合束器的制造方法
【专利摘要】本发明适用于光纤激光器器件领域，提供了一种保偏泵浦合束器，包括第一套管，第一套管中沿该第一套管轴向依次安装有双光纤准直器、滤波片、第一楔角片和单光纤准直器；单光纤准直器包括第一准直透镜和用于发射或接收信号光的第一保偏光纤；双光纤准直器包括第二套管、第二楔角片、第二准直透镜、用于发射泵浦光的泵浦光纤以及用于对应接收第一保偏光纤发射的信号光或向第一保偏光纤发射信号光的双包层保偏光纤；泵浦光纤一端穿过第二套管插装入第二楔角片中，双包层保偏光纤一端穿过第二套管插装入第二楔角片中，泵浦光纤与双包层保偏光纤均通过固化胶与第二套管固定相连。该保偏泵浦合束器中信号光消光比损耗小，泵浦效率高。
【专利说明】保偏泵浦合束器
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤激光器器件领域，尤其涉及一种保偏泵浦合束器。
【背景技术】
[0002]激光具有高亮度，准直性好，能量密度大等特点。高能量的激光被广泛地运用于金属切割、打标、医疗器械的精密加工中。光纤激光器在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器中泵浦光对信号光的泵浦效率是实现光纤激光器高功率输出的关键之一。合束器是一种将泵浦光与信号光输入进同一光纤中并让泵浦光对信号光有效的泵浦的光器件。光纤的结构一般包括中心的纤芯、中间层的包层和最外层的涂覆层；信号光一般在纤芯中传输；包层用来让信号光发生全反射，以使信号在纤芯中传输；涂覆层用来防止纤芯及包层受灰尘、水溃的污染。YVO4 (钒酸钇）单晶是一种具有优良物理光学性能的双折射晶体材料。该晶体透光范围宽，透过率高、双折射系数大、并易于加工。因此，YVOuas体被广泛应用于光纤通信领域。偏振合束器，一般是基于YVO4晶体，利用其双折射效应，把两偏振方向相互垂直的光束合束。消光比指激光功率在逻辑“I”的平均功率和在逻辑“O”的平均功率之t匕，即检偏振器相对于被检偏振器的最大透过光强与最小透过光强之比。消光比的不足容易引起对码元的误判等一系列问题。随着光通信的发展，以及对偏振光的广泛使用，提高其消光比，减小保偏合束器中信号光的消光比损耗相当重要。
[0003]当前的泵浦合束器，其利用拉锥熔融方式，由于其模式转换问题的存在，影响器件的消光比。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种保偏泵浦合束器，旨在解决当前拉锥熔融方式制作的泵浦合束器中由于模式转换而影响消光比的问题。
[0005]本发明是这样实现的，一种保偏泵浦合束器，包括第一套管，所述第一套管中沿该第一套管轴向依次安装有双光纤准直器、滤波片、第一楔角片和单光纤准直器；所述单光纤准直器包括第一准直透镜和用于发射或接收信号光的第一保偏光纤，所述第一保偏光纤设于所述第一准直透镜远离所述双光纤准直器的一侧；所述双光纤准直器包括第二套管、第二楔角片、第二准直透镜、用于发射泵浦光的泵浦光纤以及用于对应接收所述第一保偏光纤发射的信号光或向所述第一保偏光纤发射信号光的双包层保偏光纤；所述信号光透射所述滤波片，所述泵浦光经所述滤波片反射至所述双包层保偏光纤的包层中；所述第二套管与所述第二准直透镜分别位于所述第二楔角片的相对两侧，且所述第二准直透镜设于所述第二楔角片靠近所述单光纤准直器的一侧，所述泵浦光纤一端穿过所述第二套管插装入所述第二楔角片中，所述双包层保偏光纤一端穿过所述第二套管插装入所述第二楔角片中，所述泵浦光纤与所述双包层保偏光纤均通过固化胶与所述第二套管固定相连。
[0006]本发明具有以下效果：[0007]1)双包层保偏光纤的一端穿过第二套管，并通过固化胶与第二套管固定相连，且双包层保偏光纤的该端插装入第二楔角片中。通过第二套管和第二楔角片来防止双包层光纤的纤芯转动，从而使得该保偏泵浦合束器中信号光消光比损耗小。
[0008]2)泵浦光纤发射的泵浦光经滤波片反射至双包层保偏光纤的包层中，以对双包层光纤纤芯中信号光进行泵浦，泵浦效率高。
[0009]3 )采用微光学方式替代拉锥熔融方式，解决了采用拉锥熔融方式制作的泵浦合束器中由于模式转换而影响消光比的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图I是本发明实施例提供的保偏泵浦合束器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
[0012]请参阅图1，本发明实施例提供的一种保偏泵浦合束器，包括第一套管10，第一套管10中沿该第一套管10轴向依次安装有双光纤准直器20、滤波片30、第一楔角片40和单光纤准直器50。
[0013]单光纤准直器50包括第一准直透镜51和第一保偏光纤52。第一保偏光纤52设于第一准直透镜51远离双光纤准直器20的一侧，用于发射或接收信号光。当第一保偏光纤52发射信号光时，第一准直透镜51用于将第一保偏光纤52发射的信号光进行准直。
[0014]双光纤准直器20包括第二套管23、第二楔角片24、第二准直透镜25、泵浦光纤21以及双包层保偏光纤22。第二套管23与第二准直透镜25分别位于第二楔角片24的相对两侧，且第二准直透镜25设于第二楔角片24靠近单光纤准直器50的一侧；泵浦光纤21 —端穿过第二套管23插装入第二楔角片24中；双包层保偏光纤22 —端穿过第二套管23插装入第二楔角片24中；泵浦光纤21与双包层保偏光纤22均通过固化胶与第二套管23固定相连。
[0015]泵浦光纤21用于发射泵浦光。双包层保偏光纤22用于对应接收第一保偏光纤52发射的信号光或向第一保偏光纤52发射信号光。当双包层保偏光纤22发射信号光时，第二准直透镜25用于将双包层保偏光纤22发射至第一保偏光纤52的信号进行准直。滤波片30用于将泵浦光反射至双包层保偏光纤22的包层中，同时透射第一保偏光纤52或双包层保偏光纤22发射的信号光。第二准直透镜25还用于将泵浦光纤21发射的泵浦光进行准直。信号光在双包层保偏光纤22和第一保偏光纤52的纤芯中传输,泵浦光在双包层保偏光纤22的包层中传输。
[0016]第一楔角片40用于调节信号光的角度，以便第一保偏光纤52发出的信号光能准确射入双包层保偏光纤22的纤芯中，或者使双包层保偏光纤22发射出的信号光能准确地射入第一保偏光纤52的纤芯中。
[0017]该保偏泵浦合束器的双包层保偏光纤22的一端穿过第二套管23，并通过固化胶与第二套管23固定相连，且双包层保偏光纤22的该端插装入第二楔角片24中。当双包层保偏光纤22与第二套管23固定连接后，若其纤芯仍然转动，还会受到第二楔角片24的阻止，来进一步防止纤芯转动。从而通过第二套管23和第二楔角片24来防止双包层光纤的纤芯转动，使得该保偏泵浦合束器中信号光消光比损耗小。
[0018]该保偏泵浦合束器完全采用微光学方式制作，采用微光学方式替代拉锥熔融方式，解决了采用拉锥熔融方式制作的泵浦合束器中由于模式转换而影响消光比的问题。
[0019]具体地，该第二楔角片24倾斜面的倾斜角为8度。当然允许该倾斜角具有一定的误差。由于双包层保偏光纤22与泵浦光纤21的未端一般是呈倾斜设置，角度为8度左右，将第二楔角片24的倾斜角也设为8度，可以更好地与双包层保偏光纤22和泵浦光纤21进行配合，方便双包层保偏光纤22和泵浦光纤21插装固定在第二楔角片24中。
[0020]另外，泵浦光纤21发射的泵浦光经滤波片30反射至双包层保偏光纤22的包层中，使泵浦光在包层中传播，以对双包层光纤纤芯中信号光进行泵浦，泵浦效率高。
[0021]泵浦光纤21可以为多模光纤。多模光纤容许不同模式的光于一根光纤上传输，由于多模光纤的芯径较大，故可使用较为廉价的耦合器及接线器，以降低成本。
[0022]进一步地，双包层保偏光纤22插入第二套管23中的部分具有涂覆层，且双包层保偏光纤22插入第二楔角片24的部分无涂覆层。泵浦光在双包层保偏光纤22的包层中传播，如果剥离光纤的涂覆层，则会有大量的泵浦光从双包层保偏光纤22的包层中散发出而损耗，使得泵浦效率降低。本实施例中双包层保偏光纤22插入第二套管23中的部分具有涂覆层，而仅将插入第二楔角片24中的部分剥离涂覆层，从而可以减少泵浦光的损耗，提高泵浦效率。
[0023]双包层保偏光纤22剥离了涂覆层的部分越短，则泵浦光的损耗也越小，即双包层保偏光纤22插入第二楔角片24中的长度越短越好，相对应的，第二楔角片24厚度也越薄越好。将第二楔角片24的中间厚度控制在O. `2mm以内，即将双包层保偏光纤22剥离涂覆层的部分长度控制在O. 2mm以内，能保证双包层保偏光纤22的纤芯不转动，且泵浦光进入双包层保偏光纤22中的插损也较低。具体来说，沿所述第一套管轴向，所述第二楔角片24中间厚度为O. I~O. 2mm。
[0024]另外泵浦光纤21也可以将仅插入第二楔角片24的部分剥离涂覆层，减少泵浦光在泵浦光纤21中的损耗。对于第一保偏光纤52可以使用普通的单包层保偏光纤，也可以使用双包层保偏光纤。
[0025]进一步地，双光纤准直器20还包括第三套管26 ;沿第三套管26轴向，第二套管23、第二楔角片24及第二准直透镜25依次固定于该第三套管26中。通过设置第三套管26，方便组装固定第二套管23、第二楔角片24和第二准直透镜25。从而可以将该双光纤准直器20方便地安装于第一套管10中。具体地，第二套管23、第二楔角片24及第二准直透镜25使用固化胶固定在第三套管26中。
[0026]进一步地，双光纤准直器20还包括第四套管27 ;第四套管27固定于第三套管26中，且第四套管27位于第二楔角片24远离单光纤准直器50的一侧，第二套管23固定于第四套管27中且第二套管23通过第四套管27固定于第三套管26中。第四套管27位于第三套管26与第二套管23之间，用于适配第二套管23与第三套管26之间的间隙，方便将第二套管23与第三套管26固定连接，减少固化胶的使用。其它实施例中，如果第二套管23外径较大，可以通过固化胶直接固定与第三套管26中，也可以不使用第四套管27。而外径大，内径小的套管制作成本较高，本实施例中使用第四套管27来进行适配，可以降低制造成本。
[0027]进一步地，还包括支撑滤波片30的第五套管31，第五套管31挂接于第二准直透镜25上，滤波片30固定于第五套管31远离第二准直透镜25的一端，第一楔角片40与滤波片30贴合相连。设置第五套管31，方便将滤波片30及第一楔角片40挂接在第二准直透镜25上，方便将滤波片30及第一楔角片40固定在第一套管10中。具体地，第一楔角片40与滤波片30通过固化胶33贴合，而固化胶33涂于第一楔角片40及滤波片30的周边，从而将第一楔角片40与滤波片30贴合相连。
[0028]如上所述，对于内径较小，而外径较大的套管制造成本较高。本发明实施例的保偏泵浦合束器还包括第六套管32。第六套管32固定于第一套管10中，第五套管31通过该第六套管32挂接于第二准直透镜25上,且该第五套管31靠近第二准直透镜25的一端插装固定于第六套管32中。第六套管32与第三套管26均固定安装在第一套管10中。方便对滤波片30及第一楔角片40进行定位和调节。
[0029]另外第二准直透镜25靠近滤波片30的一端伸出第三套管26，并插入到第六套管32中，与第六套管32通过固化胶固定相连。这样，在组装调节滤波片30和第一楔角片40，以及调节滤波片30和第一楔角片40与双光纤准直器20的相对角度位置关系时，可以将第五套管31 —端通过胶固定在第六套管32中；然后在第五套管31另一端贴上滤波片30和第一楔角片40，形成一个整体；再将该整体挂在第二准直透镜25上。通过旋转这个整体，来调节滤波片30和第一楔角片40与双光纤准直器20的相对角度位置关系，从而使从第一保偏光纤52射出的信号光能准确进入双包层保偏光纤22的纤芯中，或者使双包层保偏光纤22射出的信号光能准确进入第一保偏光纤52的纤芯中。在调节好后，将第二准直透镜25与第六套管32固定，然后将其固定在第一套管10中。
[0030]进一步地，单光纤准直器50还包括第七套管53，第七套管53固定于第一套管10中，第一准直透镜51和第一 保偏光纤52固定于第七套管53中。从而方便组装固定第一准直透镜51和第一保偏光纤52，便于将该单光纤准直器50安装于第一套管10中。具体地，第一准直透镜51通过固化胶固定于第七套管53中。第一保偏光纤52通过毛细管54固定于第七套管53中。第一保偏光纤52插装入毛细管54中，再通过固化胶固定，形成单纤头。然后用固化胶固定于第七套管53中。
[0031]在组装该保偏泵浦合束器时，先组装好将双光纤准直器20和单光纤准直器50，然后将双光纤准直器20和单光纤准直器50固定在夹具上，滤波片30和第一楔角片40通过第五套管31和第六套管32挂在第二准直透镜25上。调节双包层保偏光纤22的单光纤准直器50，使其调试到合适的角度，使得双包层保偏光纤22的工作轴向与第一保偏光纤52的工作轴向对准，尽可能地使得信号光损耗最低。再经固化胶把双光纤准直器20和单光纤准直器50固定在第一套管10中，构成所述保偏泵浦合束器。
[0032]具体地，上述使用的固化胶为热固化胶、紫外固化胶或双固化胶中的一种或几种。
[0033]具体地，第一准直透镜51为自聚焦透镜（Grin-Lens)、双曲面透镜（D-Lens)、C透镜（C-Lens)或非球面透镜等可以对光进行准直的光学透镜。同理，第二准直透镜25也为自聚焦透镜、双曲面透镜、C透镜或非球面透镜等可以对光进行准直的光学透镜。第一准直透镜51与第二准直透镜25并不一定要使用相同类型的光学透镜。[0034]具体地，第一套管10使用石英玻璃、硼硅玻璃、陶瓷、Kovar(可伐合金）或Invar (因瓦合金）等热膨胀系数与透镜和光纤头的基质的热膨胀系数接近的材料制成。当然对于第二套管23、第三套管26、第四套管27、第五套管31、第六套管32及第七套管53也为石英玻璃、硼硅玻璃、陶瓷、Kovar (可伐合金）或InvaH因瓦合金）等热膨胀系数与透镜和光纤头的基质的热膨胀系数接近的材料制成的。
[0035]该保偏泵浦合束器可以用于向前泵浦，也可以用于向后泵浦，下面以向前泵浦为例，具体讲解其工作方式：
[0036]泵浦光从泵浦光纤21中发射出，经第二准直透镜25准直，射入到滤波片30中，经滤波片30反射，进入双包层保偏光纤22的包层中。
[0037]信号光从第一保偏光纤52射出，经第一准直透镜51准直，射入到第一楔角片40，经第一楔角片40调节信号光角度，再透射过滤波片30，再经第二准直透镜25，进入双包层保偏光纤22的纤芯中。泵浦光在双包层保偏光纤22的包层中传播,对双包层保偏光纤22的纤芯中的信号光进行泵浦。
[0038]向后泵浦与向前泵浦的工作方式基本相同，不同之处仅在于，信号光从双包层保偏光纤22发射出，而进入第一保偏光纤52。
[0039]该保偏泵浦合束器中，信号光在第一保偏光纤52和双包层保偏光纤22之间传输时，消光比ER ≥ 20dB，其插入损耗IL < O. 8dB。泵浦光从泵浦光纤21传输到双包层保偏光纤22中，其插入损耗IL < ldB。
[0040]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种保偏泵浦合束器，包括第一套管，其特征在于：所述第一套管中沿该第一套管轴向依次安装有双光纤准直器、滤波片、第一楔角片和单光纤准直器；所述单光纤准直器包括第一准直透镜和用于发射或接收信号光的第一保偏光纤，所述第一保偏光纤设于所述第一准直透镜远离所述双光纤准直器的一侧；所述双光纤准直器包括第二套管、第二楔角片、第二准直透镜、用于发射泵浦光的泵浦光纤以及用于对应接收所述第一保偏光纤发射的信号光或向所述第一保偏光纤发射信号光的双包层保偏光纤；所述信号光透射所述滤波片，所述泵浦光经所述滤波片反射至所述双包层保偏光纤的包层中；所述第二套管与所述第二准直透镜分别位于所述第二楔角片的相对两侧，且所述第二准直透镜设于所述第二楔角片靠近所述单光纤准直器的一侧，所述泵浦光纤一端穿过所述第二套管插装入所述第二楔角片中，所述双包层保偏光纤一端穿过所述第二套管插装入所述第二楔角片中，所述泵浦光纤与所述双包层保偏光纤均通过固化胶与所述第二套管固定相连。
2.如权利要求1所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：所述双包层保偏光纤插入所述第二套管中的部分具有涂覆层，且所述双包层保偏光纤插入所述第二楔角片的部分无所述涂覆层。
3.如权利要求2所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：沿所述第一套管轴向，所述第二楔角片中间厚度为O. I~O. 2mm。
4.如权利要求2所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：所述双光纤准直器还包括第三套管；沿所述第三套管轴向，所述第二套管、所述第二楔角片及所述第二准直透镜依次固定于该第三套管中。
5.如权利要求4所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：所述双光纤准直器还包括第四套管；所述第四套管固定于所述第三套管中，且所述第四套管位于所述第二楔角片远离所述单光纤准直器的一侧，所述第二套管固定于所述第四套管中且所述第二套管通过所述第四套管固定于所述第三套管中。
6.如权利要求1-5任一项所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：还包括支撑所述滤波片的第五套管，所述第五套管挂接于所述第二准直透镜上，所述滤波片固定于所述第五套管远离所述第二准直透镜的一端，所述第一楔角片与所述滤波片贴合相连。
7.如权利要求6所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：还包括第六套管，所述第六套管固定于所述第一套管中，所述第五套管通过该第六套管挂接于所述第二准直透镜上，且该第五套管靠近所述第二准直透镜的一端插装固定于所述第六套管中。
8.如权利要求1-5任一项所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：所述固化胶为热固化胶、紫外固化胶或双固化胶。
9.如权利要求1-5任一项所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：所述第一准直透镜为自聚焦透镜、双曲面透镜、C透镜或非球面透镜。
10.如权利要求1-5任一项所述的保偏泵浦合束器，其特征在于：所述第一套管使用石英玻璃、硼娃玻璃、陶瓷、 Kovar或Invar材料制成。
【文档编号】G02B6/293GK103487892SQ201310455393
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】李泉, 刘怀亮, 朱少军, 李成宽, 岳超瑜 申请人:深圳朗光科技有限公司