一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构的制作方法

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及泵浦光纤合束器结构。

背景技术：

在全光纤激光器系统中，泵浦光的耦合技术是决定整个系统效率的关键因数之一，耦合技术的关键器件是光纤合束器，该器件的制作工艺水平对合束器的耦合效率起决定性作用。现有的全光纤化合束技术主要分为两种：端面泵浦和侧面泵浦。主流的光纤合束器采取是将多根光纤(一般为奇数)熔融拉锥的制备工艺，将多个半导体激光器所产生的泵浦功率耦合到一根多模光纤中输出。这种制备方法可以获得很好的耦合效率，但是采用熔融拉锥工艺会对制备工艺参数提出很高的要求，而且熔融拉锥后的光纤机械稳定性差，易于断裂，造成光纤合束器制备成品率低，且高功率的光纤泵源合束仍存在一定困难。因此本发明提出一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构，能够有效解决光纤熔融拉锥后带来的机械稳定性差问题，并且适用于高功率光纤激光器的泵浦合束，提高泵浦亮度，对指导大规模大批量泵浦合束器生产实践具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构，它能够有效避免了常规泵浦合束方法下光纤拉锥带来的机械不稳定，可用于高功率光纤激光器的泵浦合束，提高了泵浦亮度且具有较高的可制备性便于推广。

本发明的技术解决方案如下：

一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构，其特点在于，包括至少一根泵浦光纤、合束耦合装置、光纤固定装置以及光纤输出装置；

所述的泵浦光纤通过光纤固定装置与合束耦合装置的输入端固定，通过光纤输出装置与合束耦合装置的输出端固定；

所述的合束耦合装置由凸面镜和锥形圆柱一体而成，所述的凸面镜和锥形圆柱的输入截面相同，锥形圆柱的外侧面镀有针对泵浦波长的高反射率薄膜，能够保证合束耦合装置合束的效率。

所述的泵浦光纤为1根、3根、7根、19根、61根具有相同尺寸、结构、数值孔径等特性参数的光纤。

所述的光纤固定装置为光纤套管，该光纤套管将泵浦光纤和合束耦合装置熔接固定在一起。

所述的输出装置由输出光纤与合束耦合装置的锥形圆柱输出相熔接组成，锥形圆柱输出端面尺寸与输出光纤包层尺寸一致。

所述的合束耦合装置材质是石英，折射率与泵浦光纤包层折射率一致。

所述的凸面镜的曲率大小与泵浦光纤的数目有关，使用凸面结构能够增大泵浦光入射面积。

所述的高反射率薄膜高反射波长带宽针对泵浦波长，反射率高于99％，膜系结构的设计波长可以根据设备的特点及需求任意选取。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用特殊的合束耦合装置能够保证合束的效率的同时有效避免了常规泵浦合束方法下光纤拉锥带来的机械不稳定，可用于高功率光纤激光器的泵浦合束，提高了泵浦亮度且具有较高的可制备性便于推广。

附图说明

图1为本发明一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构，光纤泵浦合束器由至少一根泵浦光纤1、合束耦合装置2、光纤固定装置3和输出装置4组合构成。

所述的泵浦光纤1数目是1根、3根、7根、19根或61根具有相同尺寸、结构、数值孔径等特性参数的光纤，是光信号的输入端，用于输入光信号。具体的每一根泵浦光纤都可以耦合一个半导体泵浦激光器。

所述合束耦合装置2包含凸面镜5和锥形圆柱6两个部分，凸面镜5提高了光纤输入的表面积，凸面镜5和锥形圆柱6输入截面相同，其中锥形圆柱6的侧面镀了针对泵浦波长的高反射率薄膜7，能够保证合束耦合装置合束的效率。

所述的合束耦合装置2，凸面镜5的曲率大小与泵浦光纤1的数目有关，使用凸面结构能够增大泵浦光入射面积。

进一步的合束耦合装置2材质是石英，其折射率与泵浦光纤包层折射率一致。

具体的，合束耦合装置的锥形圆柱6侧面的镀制高反射率薄膜7，高反射波长带宽针对泵浦波长，膜系结构的设计波长可以根据设备的特点及需求任意选取，能够很好的保证合束耦合的效率。

所述用于将合束器封装、固定的装置3是一个套管，作用是将泵浦光纤固定并和合束耦合装置熔接固定在一起，具体可以是石英玻璃套管。

所述输出装置4由输出光纤与合束耦合装置的锥形圆柱输出相熔接组成，用于输出光信号，锥形圆柱输出端面尺寸与输出光纤包层尺寸一致。

在本发明的一个实施例中，所述的一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构由泵浦光纤1、合束耦合装置2和用于将光纤和封装、固定的装置3和输出的装置4组合构成。泵浦光纤包含7根相同特征参数的光纤，用环氧树脂胶将泵浦光纤均匀的固定在石英玻璃套管中，使用研磨机对泵浦光纤的端面研磨打磨，使之与合束耦合装置的凸面吻合，以降低泵浦光传输过程中的损耗，然后采用二氧化碳熔接机将封装和固定好的泵浦光纤与合束耦合装置熔接。最后将输出光纤与合束耦合装置的锥形输出端相熔接，锥型输出端尺寸与输出光纤包层尺寸大小一致，输出光纤比输入光纤尺寸大。

所述新型泵浦光纤合束器泵浦光纤一端为激光输入端，每一根光纤都可以通过光纤耦合的方式与半导体泵浦激光器相连接。

在本实例中合束耦合装置包含凸面镜和锥形圆柱两个部分。合束耦合装置材质是石英，其折射率与泵浦光纤包层折射率一致。可以通过整过熔融石英浇筑打磨的方法制备，凸面镜提高了光纤输入的表面积，凸面镜和锥形圆柱输入截面相同，凸面镜的曲率大小与泵浦光纤的数目有关，使用凸面结构能够增大泵浦光入射面积。锥形圆柱的侧面镀了针对泵浦波长的高反射率薄膜，能够保证合束耦合装置合束的效率。

本发明提出一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构，采用特殊的合束耦合装置能够保证合束的效率的同时有效避免了常规泵浦合束方法下光纤拉锥带来的机械不稳定，可用于高功率光纤激光器的泵浦合束，提高了泵浦亮度且具有较高的可制备性便于推广。

技术特征：

技术总结
一种免拉锥的新型泵浦光纤合束器结构，所述光纤泵浦合束器由至少一根泵浦光纤、合束耦合装置和用于将合束器封装、固定的装置和输出的装置组合构成。所述合束耦合装置由特殊形状的石英材料制备而成，包括凸面镜和锥形圆柱两个部分，其中锥形圆柱的侧面镀上了针对泵浦波长的高反射率薄膜，能够保证合束的效率。采用这种新型结构制备的泵浦光纤合束器结构能够有效避免了常规泵浦合束方法下光纤拉锥带来的机械不稳定，可用于高功率光纤激光器的泵浦合束，提高了泵浦亮度且具有较高的可制备性便于推广。

技术研发人员：何宇;陈晓龙;徐中巍;叶韧;郭晓晨;周军;何兵
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：2018.12.04
技术公布日：2019.04.02