一种高功率的光纤合束器及激光器的制作方法

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种高功率的光纤合束器及激光器。

背景技术：

近年来，由于高功率光纤激光器的优异特性，使其在工业加工、国防军事和激光医疗等领域的应用逐步扩大，市场上对高功率激光输出的需求日益增大且对功率输出的要求越来越高。在高功率激光系统中，核心器件是采用高性能泵浦信号光纤合束器，将高功率泵浦激光耦合进入双包层光纤的包层中传输，提高激光输出功率。目前的泵浦耦合技术主要采用氢氧焰熔融拉锥的方式，通过端面耦合泵浦或者侧面耦合泵浦的方式将泵浦光耦合至输出双包层光纤中。随着泵浦激光器单臂输出功率的增加，为减低光纤承受的光功率密度，所采用的泵浦光纤尺寸也逐渐增大。然而，对于纤芯直径≥200um的泵浦传能光纤，由于波导尺寸增大，直接的侧泵或端泵熔融拉锥将导致输出泵浦光光斑畸变，泵浦光na发散从而降低其耦合效率，同时产生大量废热，对高功率激光系统产生安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高功率的光纤合束器，旨在解决大直径泵浦光纤的耦合效率低、产生热量大的问题。

本发明是这样实现的，一种高功率的光纤合束器，包括一根输入泵浦光纤、多根泵浦传能光纤以及一根信号光纤，所述输入泵浦光纤的输出端熔接所述多根泵浦传能光纤，所述多根泵浦传能光纤通过分级侧面泵浦方式与所述信号光 纤连接，所述输入泵浦光纤的纤芯直径和信号光纤的纤芯直径均大于所述泵浦传能光纤的纤芯直径。

本发明的另一目的在于提供一种高功率激光器，包括所述的光纤合束器。

本发明采用多根小直径的泵浦传能光纤与一根大直径的输入泵浦光纤熔接，使大功率的泵浦光平均分束到各小尺寸泵浦传能光纤中传输，在泵浦传能光纤的输出端通过侧面泵浦方式再耦合进入信号光纤，实现泵浦光的合束，由于分束传输泵浦光，再侧泵耦合至信号光纤，进而减小了泵浦光的光束畸变和废热的产生以及对信号光的影响，既保证了泵浦光的传输效率，同时也减低了耦合过程的信号损耗，并且保证了激光系统的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高功率的光纤合束器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的多根泵浦传能光纤的结构示意图(一)；

图3是本发明实施例提供的多根泵浦传能光纤的结构示意图(二)。

具体实施方式

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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1，本发明实施例提供一种高功率的光纤合束器，包括一根输入泵浦光纤1、多根泵浦传能光纤2以及一根信号光纤3，输入泵浦光纤1的输出端熔 接多根泵浦传能光纤2，多根泵浦传能光纤2通过分级侧面泵浦方式与信号光纤3连接，输入泵浦光纤1的纤芯直径和信号光纤3的纤芯直径均大于泵浦传能光纤2的纤芯直径。具体地，输入泵浦光纤1是一种大直径的光纤，适合于高功率泵浦激光输出，由第一涂覆层11、第一包层12和第一纤芯13构成。泵浦传能光纤2为纤芯直径较小的光纤，由第二包层21和第二纤芯22构成，其涂覆层被去除，其纤芯和包层的直径均小于输入泵浦光纤1和信号光纤3的纤芯和包层直径。信号光纤3也为大直径光纤，由第三纤芯31、第三包层32和第三涂敷层33构成，其中，与泵浦传能光纤2连接的部位的第三涂敷层被去除。

优选地，多根泵浦传能光纤2的第二纤芯的直径相同，进一步地，多根泵浦传能光纤2的第二包层的直径也相同。

本发明实施例采用多根小直径的泵浦传能光纤2与一根大直径的输入泵浦光纤1熔接，使大功率的泵浦光平均分束到各小尺寸泵浦传能光纤2中传输，在泵浦传能光纤2的输出端通过侧面泵浦方式再耦合进入信号光纤3，实现泵浦光的合束，由于分束传输泵浦光，再侧泵耦合至信号光纤3，减小了泵浦光的光束畸变和废热的产生以及对信号光的影响，既保证了泵浦光的传输效率，同时也减低了耦合过程的信号损耗，并且保证了激光系统的安全性。

在本实施例中，输入泵浦光纤1的第一纤芯13的直径大于或等于200um，而泵浦传能光纤2的第二纤芯22的直径小于或等于200um，其中，第一纤芯13和第二纤芯22的直径不同时等于200um。

进一步参考图2和图3，多根泵浦传能光纤2的一端通过熔融拉锥方式烧结成一束，将其锥区切割后与输入泵浦光纤1的输出端熔接，泵浦传能光纤2的数量与输入泵浦光纤1的数量之比为2:1、4:1、7:1或其他合理的比例。进一步地，在泵浦传能光纤2与输入泵浦光纤1熔接的一端，相邻的泵浦传能光纤2相切，并且最外层的泵浦传能光纤2内切于同一圆周，以便于熔融拉锥烧结 以及熔接。进一步参考图1，多根泵浦传能光纤2的另一端则按照分级侧面泵浦的方式与信号光纤3的包层相连接，并且，多根泵浦传能光纤2连接至信号光纤3的不同长度位置。

进一步参考图2，本实施例包含4根泵浦传能光纤2，输入泵浦光被等分成4路，其中，输入泵浦光纤1的第一纤芯13的直径为400um，第一包层12的直径为440um，第一涂覆层11的直径为550um，输出端泵浦传能光纤2的第二纤芯22的直径为200um，第二包层21的直径为220um。4根泵浦传能光纤2紧密排列成正方形结构，通过火焰烧结拉细至440um，将结区切断与剥去涂覆层的输入泵浦光纤1熔接，实现泵浦光的均匀分束。经过分束的泵浦光进入4根泵浦传能光纤2中传输，剥去4根泵浦传能光纤2的涂敷层，并将4根泵浦传能光纤2分级侧面泵浦进入信号光纤3中，实现泵浦光合束效果。

进一步参考图3，本实施例包含7根泵浦传能光纤2，输入泵浦光纤1的第一纤芯13的直径为300um，第一包层12的直径为330um，第一涂覆层11的直径为480um，泵浦传能光纤2的第二纤芯22的直径为105um，第二包层21的直径为125um。7根泵浦传能光纤2紧密排列成正六边形结构，通过火焰将光纤束烧结，将结区切断与剥去涂覆层的输入泵浦光纤1熔接，实现泵浦光的均匀分束。经过分束的泵浦光进入7根较小直径泵浦传能光纤2中传输，剥去7根泵浦传能光纤2的涂覆层，并将7根泵浦传能光纤2分级侧面泵浦进入信号光纤3中，实现泵浦光合束的效果。

可以理解，以上具体参数仅是一种较佳的实施例，本发明不局限于上述数据。本领域技术人员可以在上述原理的指导下制作不同结构和性能参数的分束结构，凡在上述设计原则之内所作的发明创造，都属于本发明的保护范围。

本发明提供的高功率的光纤合束器通过先分束后合束的方式避免了泵浦光的畸变问题和废热产生问题，提高了泵浦光的耦合效率和激光系统的安全性， 适合用于高功率的激光器，包含该光纤合束器的激光器也在本发明的保护范围内。

以上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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。