本发明属于激光辅助设备领域，尤其涉及一种光纤模场匹配方法。
背景技术：
随着工业激光的发展，尤其在光纤激光器上有了突飞猛进的发展，光纤激光器具有体积小、发热量低、光束质量好及电光效率高等特点。
脉冲光纤激光器是采用全光纤光路经一级放大器和二级放大器后，再经隔离器的方式将光斑整形后输出。其中，二级放大器是决定激光最终输出的光束质量和泵浦光转换效率的关键器件。
然而，目前的一级放大器与二级放大器之间的模场匹配很难确保高质量的输出光束，甚至从二级放大器输出的光束质量m2大于1.6，这样就直接影响激光工艺效果。而且，模场匹配不佳会导致二级泵浦转换效率不高，进而影响整机功耗。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种在1064nm波段高功率光纤激光从mfd为6μm的单模光纤导入mfd为18μm的多模增益光纤时，降低插入损耗并提高输出光束质量的光纤模场匹配方法。
一种光纤模场匹配方法，用于将1064nm波段高功率光纤激光从mfd为6μm的单模光纤导入到mfd为18μm的多模增益光纤并输出激光束，该方法包括：在mfd为6μm的单模光纤与mfd为18μm的多模增益光纤之间依次熔接有多段过渡光纤；其中，多段所述过渡光纤的mfd由所述单模光纤向所述多模增益光纤的方向依次递增，所述过渡光纤的mfd大于6μm且小于等于18μm。
在其中一个实施例中，靠近所述单模光纤的过渡光纤采取对纤芯熔接的方式相连，靠近所述多模增益光纤的过渡光纤采取对包层熔接的方式相连。
在其中一个实施例中，所述过渡光纤为三段，分别为第一光纤、第二光纤和第三光纤。
在其中一个实施例中，所述第一光纤的两端分别采取对纤芯熔接的方式与所述单模光纤和所述第二光纤相连。
在其中一个实施例中，所述第三光纤的两端分别采取对包层熔接的方式与所述第二光纤和所述多模增益光纤相连。
在其中一个实施例中，所述第一光纤的mfd、所述第二光纤的mfd和所述第三光纤的mfd依次递增，且所述第一光纤的mfd大于6μm，所述第三光纤的mfd小于等于18μm。
在其中一个实施例中，所述第一光纤的mfd为9μm。
在其中一个实施例中，所述第二光纤的mfd为13μm。
在其中一个实施例中，所述第三光纤的mfd为18μm。
在其中一个实施例中，在熔接过程中，相互熔接的光纤彼此之间朝熔接点相向推进8μm～13μm。
本发明提供的光纤模场匹配方法，在激光束传输过程中，由mfd为6μm的单模光纤进入多段过渡光纤后，再从mfd为18μm的多模增益光纤输出，由于多段过渡光纤mfd由所述单模光纤向所述多模增益光纤的方向依次递增，从而降低激光束由单模光纤传入多模增益光纤时的折射率变化，以降低熔接损耗并提高光束质量；而且，该光纤模场匹配方法有效避免了单模光纤直接熔接在多模增益光纤时容易在熔接点形成高温，从而保障光纤激光器的使用寿命。
附图说明
图1为一实施例提供的由单模光纤进入多模增益光纤的模场匹配示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”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。本文所使用的术语“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
参阅图1，一实施方式的一种光纤模场匹配方法，用于将1064nm波段高功率光纤激光从mfd(模场直径，下同)为6μm的单模光纤10导入到mfd为18μm的多模增益光纤50并输出激光束。需要说明的是，本实施方式中，1064nm波段高功率光纤激光是由光纤激光器产生的激光束，也就是说，单模光纤10接在光纤激光器的输出端。本实施例中的光纤模场匹配方法包括：在mfd为6μm的单模光纤10与mfd为18μm的多模增益光纤50之间依次熔接有多段过渡光纤；其中，多段过渡光纤的mfd由单模光纤10向多模增益光纤50的方向依次递增，过渡光纤的mfd大于6μm且小于等于18μm。这样，激光从mfd为6μm的单模光纤10导入到过渡光纤时，由于过度光纤的mfd在单模光纤10的mfd和多模增益光纤50的mfd之间，也就是说，各段光纤之间的折射率变化比较微弱，此时激光束穿过不同光纤的熔接点时，不会产生大角度折射而影响激光光束质量，因此，这种在将1064nm波段高功率光纤激光从mfd为6μm的单模光纤10导入到mfd为18μm的多模增益光纤50并输出激光束的光纤模场匹配方法可以使得从mfd为6μm的单模光纤10导入到mfd为18μm的激光束具有较好的光束质量。而且，由于激光束穿过不同光纤熔接点的折射小，激光束中的光线不会被折射而逃逸出光纤；确切的说，激光束穿过熔接点的损耗小，即这种光纤模场匹配方法的光纤插入损耗小，因而不会在熔接点产生较高的温度，以保障光纤激光器的使用寿命。
靠近单模光纤10的过渡光纤采取对纤芯熔接的方式相连，靠近多模增益光纤50的过渡光纤采取对包层熔接的方式相连。由于单模光纤10的mfd较小，对于靠近单模光纤10的过渡光纤采取对纤芯熔接可以有效的保证熔接时，单模光纤10和过渡光纤之间具有较高的同轴度，以使激光束穿过熔接点时经折射后的光束在过渡光纤的径向上偏移量较均匀，进而穿过熔接点的激光束仍然具有较好的直线度，保证了激光束的光束质量。在本实施方式中，靠近多模增益光纤50的过渡光纤之间，由于相互熔接的光纤mfd较大，熔接时微弱的径向偏移量不会对激光束的光束质量产生较大影响，此时采用对包层熔接的方式，简化熔接工序，以提高模场匹配效率。
需要说明的是，在一些具体应用中，过渡光纤可以是目前市面上的标准规格光纤，也可以根据实际需求向供应商定制的光纤，因此，在本实施方式中，过渡光纤的数量以及型号具有多种选择，在此不再一一赘述。
如图1所示，过渡光纤为三段，分别为第一光纤20、第二光纤30和第三光纤40。其中，在mfd为6μm的单模光纤10与mfd为18μm的多模增益光纤50之间依次熔接有第一光纤20、第二光纤30和第三光纤40。在该实施方式中，第一光纤20、第二光纤30和第三光纤40的mfd依次递增，且第一光纤20的mfd大于6μm，第三光纤40的mfd小于等于18μm。
在将第一光纤20、第二光纤30和第三光纤40熔接在单模光纤10和多模增益光纤50之间时，熔接次序不受限制，例如，先将第一光纤20的两端分别采取对纤芯熔接的方式与单模光纤10和第二光纤30相连。再将第三光纤40的两端分别采取对包层熔接的方式与第二光纤30和多模增益光纤50相连。第一光纤20的一端可以先与单模光纤10熔接，再将第一光纤20的另一端与第二光纤30熔接，在此不作限定。
需要说明的是，上述实施方式中，单模光纤10包括单模光纤包层11和位于单模光纤包层内的单模光纤纤芯12，第一光纤20包括第一光纤包层21和位于第一光纤包层内的第一光纤纤芯22，第二光纤30包括第二光纤包层31和位于第二光纤包层内的第二光纤纤芯32，第三光纤40包括第三光纤包层41和位于第三光纤包层内的第三光纤纤芯42，多模增益光纤50包括多模增益光纤包层51和位于多模增益光纤包层内的多模增益光纤纤芯52。在上述的对芯熔接和对包层熔接工艺中，可以采用藤仓80s熔接机分别将过渡光纤熔接到单模光纤和多模增益光纤之间，下面将以藤仓80s熔接机为例(下同)对本实施方式中熔接工艺的主要参数作进一步说明。
单模光纤10与第一光纤20熔接时的放电时间为12900ms～13100ms，第一光纤20与第二光纤30熔接时的放电时间为2400ms～2600ms，第二光纤30与第三光纤40熔接时的放电时间为2900ms～3100ms，第三光纤40与多模增益光纤50熔接时的放电时间为4400ms～4600ms。
具体的，在一些实施方式中，单模光纤10与第一光纤20熔接时的放电时间为12900ms。第一光纤20与第二光纤30熔接时的放电时间为2400ms。第二光纤30与第三光纤40熔接时的放电时间为2900ms。第三光纤40与多模增益光纤50熔接时的放电时间为4400ms。
在另一些实施方式中，单模光纤10与第一光纤20熔接时的放电时间为13100ms。第一光纤20与第二光纤30熔接时的放电时间为2600ms。第二光纤30与第三光纤40熔接时的放电时间为3100ms。第三光纤40与多模增益光纤50熔接时的放电时间为4600ms。
在一些实施方式中，单模光纤10与第一光纤20熔接时的放电时间为13000ms，第一光纤20与第二光纤30熔接时的放电时间为2500ms，第二光纤30与第三光纤40熔接时的放电时间为3000ms，第三光纤40与多模增益光纤50熔接时的放电时间为4500ms。
在上述实施方式所匹配的模场下，可以将插入损耗控制在0.005db～0.025db，输出的光束质量m2为1.22～1.32，相比直接将激光束从单模光纤10导入多模增益光纤50输出后的光束质量m2在1.35～1.45的范围，本实施方式的光纤模场匹配方法提高了光束质量，降低了光束在熔接点的插入损耗，避免熔接点温度过高而损坏光纤激光器。
需要说明的是，上述实施方式中，第一光纤20的mfd为9μm，第二光纤30的mfd为13μm，第三光纤40的mfd为18μm。单模光纤10的长度为60mm，第一光纤20的长度为80mm，第二光纤30的长度为80mm，第三光纤40的长度为80mm，多模增益光纤50的长度为400mm，不仅可以适应熔接的需要，同时也降低光纤耗材，节约成本。在熔接过程中，相互熔接的光纤彼此之间朝熔接点相向推进8μm～13μm，例如在将第一光纤20的一端与单模光纤10进行熔接时，使第一光纤20和单模光纤10朝彼此的方向(即朝熔接点方向)推进，推进距离可以是8μm，也可以是13μm。需要说明的是，在本实施方式中，在熔接时，相互熔接的光纤彼此之间朝熔接点相向推进15μm，即相互熔接的光纤之间的重叠量为15μm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。