一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法及装置

本发明涉及激光半导体，具体提供一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法及装置。

背景技术：

1、相干合束技术是通过控制各路光束的相位，使波长相同、偏振一致的激光阵列在远场目标以相互干涉的方式叠加，是实现高功率高光束质量激光输出的重要手段之一。光子灯笼便是其中一种常见的相干合束器，它是将多根单模光纤通过绝热拉锥合并成一根少模光纤而制成的一种全光纤型光束组合器件，具有低插入损耗，可实现模式控制等特点，可应用于激光合束和光纤通讯等领域。

2、合束效率是评价合束器性能的一个重要指标，然而，一般单模光纤经过拉锥在合束过程中会出现光泄露问题，严重影响了光子灯笼的合束效率，限制了光子灯笼的应用。因此，亟需一种可避免拉锥后出现光泄露的方法来降低光子灯笼的传输损耗。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法及装置，利用光纤包层中嵌入光子晶体的方式可降低包层的折射率，使光纤芯内折射率大于外包层的有效折射率，实现激光束在光纤芯内的全反射，可进一步避免光子灯笼在合束过程中产生的光泄露问题，降低激光合束过程中在光子灯笼锥区的传输损耗，从而提高激光相干合束效率。

2、第一方面，本发明提供一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，包括：

3、将多根单模光纤设置在内并将多根毛细管围绕在所述多根单模光纤外进行环形周期性排布捆绑得到捆绑束；

4、将所述捆绑束放入外套管中形成预制光纤束，对所述预制光纤束进行熔融拉锥成少模光纤，形成光子灯笼结构，所述毛细管经过拉锥后形成光子晶体，所述光子灯笼结构的两端分别熔接第一光纤和第二光纤；

5、经过相位调控后的多路单模激光从所述第二光纤输入，通过所述光子灯笼结构的锥区进行模式转换合束得到所述多路单模激光的相干合束光束，所述相干合束光束从所述第一光纤输出，完成多路单模激光转换成一束单模光。

6、作为一种优选的方案，所述对所述预制光纤束进行熔融拉锥成少模光纤，形成光子灯笼结构，包括：

7、通过光纤拉锥机将所述外套管、多根单模光纤以及所述毛细管进行加热软化，再进行熔融拉锥成少模光纤，形成光子灯笼结构。

8、作为一种优选的方案，所述单模光纤的芯径范围在4-9μm，数量大于1。

9、作为一种优选的方案，所述单模光纤和所述毛细管采用石英或聚合物制成。

10、作为一种优选的方案，所述毛细管为空心管状结构，空心管状结构内空气填充，使得光纤芯内折射率大于外包层的有效折射率，实现所述多路单模激光在光纤芯内的全反射，所述毛细管的数量大于1。

11、作为一种优选的方案，所述第一光纤为单模光纤或多模光纤，所述第二光纤为单模光纤，所述第二光纤的芯径与所述多根单模光纤相匹配。

12、作为一种优选的方案，输入的所述多路单模激光的波长范围在0-2000nm。

13、第二方面，本发明提供一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的装置，利用上述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法制得。

14、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

15、本发明实施例中提供的基于光子灯笼激光相干合束效率提升方法及装置，其中，采用的光子灯笼结构包括多根单模光纤、多根毛细管、外套管、少模光纤、第一光纤以及第二光纤，多根单模光纤和毛细管由内至外严格地呈环形周期性排布捆绑形成捆绑束，将该捆绑束放入外套管后熔融拉锥成一根少模光纤，形成光子灯笼结构，毛细管经过拉锥后变成光子晶体，光子灯笼结构的两端再分别熔接第一光纤和第二光纤。多路单模激光经过相位调控后从光子灯笼结构的单模光纤端输入，通过光子灯笼结构的锥区的模式转换合束后，多路单模激光的相干合束光束从一根少模光纤端输出，即多路单模激光转换成一束单模光，实现激光的相干合束，由于光子晶体的作用，使激光限制在纤芯内传输。利用光纤包层中嵌入光子晶体的方式可降低包层的折射率，使光纤芯内折射率大于外包层的有效折射率，实现激光束在光纤芯内的全反射，可进一步避免光子灯笼在合束过程中产生的光泄露问题，降低激光合束过程中在光子灯笼锥区的传输损耗，从而提高激光相干合束效率。

技术特征：

1.一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，其特征在于，对所述预制光纤束进行熔融拉锥成少模光纤，形成光子灯笼结构，包括：

3.根据权利要求1所述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，其特征在于，所述单模光纤的芯径范围在4-9μm，数量大于1。

4.根据权利要求1或3所述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，其特征在于，所述单模光纤和所述毛细管采用石英或聚合物制成。

5.根据权利要求1所述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，其特征在于，所述毛细管为空心管状结构，空心管状结构内空气填充，使得光纤芯内折射率大于外包层的有效折射率，实现所述多路单模激光在光纤芯内的全反射，所述毛细管的数量大于1。

6.根据权利要求1所述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，其特征在于，所述第一光纤为单模光纤或多模光纤，所述第二光纤为单模光纤，所述第二光纤的芯径与所述多根单模光纤相匹配。

7.根据权利要求1所述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法，其特征在于，输入的所述多路单模激光的波长范围在0-2000nm。

8.一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的装置，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法制得。

技术总结
本发明涉及激光半导体技术领域，具体提供一种基于光子灯笼的激光相干合束效率提升的方法及装置，多根单模光纤和毛细管由内至外严格地呈环形周期性排布捆绑形成捆绑束，将该捆绑束放入外套管后熔融拉锥成一根少模光纤，形成光子灯笼结构，毛细管经过拉锥后变成光子晶体，光子灯笼结构的两端再分别熔接第一光纤和第二光纤。多路单模激光经过相位调控后从光子灯笼结构的单模光纤端输入，通过光子灯笼结构的锥区的模式转换合束后，多路单模激光转换成一束单模光，实现激光的相干合束，利用光纤包层中嵌入光子晶体的方式可降低包层的折射率，可进一步避免光子灯笼在合束过程中产生的光泄露问题，降低传输损耗，从而提高激光相干合束效率。

技术研发人员：朱洪波,张亚维,薛旭兰,张会丹,林星辰,秦莉,宁永强,王立军
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21