大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，该泵浦/信号合束器包括输出光纤、输入信号光纤和至少一根泵浦光纤，输入信号光纤的一端与泵浦光纤的一端通过熔融拉锥结合为一带有拉锥区的光纤组束，拉锥比例为1～1.45，光纤组束与输出光纤通过端面熔接。本发明专利技术的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器可降低信号光的损耗，用于包含少数高阶模式的光纤激光功率放大。

【技术实现步骤摘要】
大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器
本专利技术属于光纤激光器领域，涉及一种泵浦/信号合束器，尤其涉及一种信号光损耗低、适用于包含少数高阶模式的光纤激光功率放大的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器。
技术介绍
与一般的激光器相比，光纤激光器在光束质量、体积、重量、效率、散热等方面均有明显优势，已经成为激光器领域最热门的研究方向之一。主振荡功率放大(MOPA)结构是实现光纤激光大功率输出的常用结构，这种结构通常由振荡器和一级放大器或者更多级放大器组成。基于熔融拉锥技术的光纤泵浦/信号合束器(tapered fiber bundle,简称TFB合束器)可以将信号光与泵浦光高效的耦合进入光纤放大器的双包层光纤中，因此TFB合束器已经成为实现MOPA结构大功率激光输出的核心元器件。 在高功率激光输入的情况下，合束器内部由损耗光导致的热效应越来越显著，使合束器内部产生温升。当温度足够高时，将使合束器在结构上失效。因此降低合束器内部损耗，减少温升，提高合束器可以承受的极限功率，已经成为进一步提高光纤激光器功率的关键之一。合束器内部温升主要来自于对损耗光的吸收，其中损耗光包括:泵浦光损耗光和信号光损耗光。通常情况下后者是造成合束器温升的重要原因，而信号光损耗光主要在拉锥区和熔接点处产生。 目前已有泵浦/信号合束器的相关专利，US7373070B2号美国专利文献公开了一种强拉锥结构泵浦/信号合束器，该泵浦/信号合束器的输入信号光纤与输出光纤均是纤芯为20微米、内包层为400微米、数值孔径为0.06/0.46的双包层光纤(以下简称20/400光纤)，泵浦光纤是纤芯为200微米、包层为220微米、数值孔径为0.22的单包层光纤。这种合束器需要先将输入信号光纤的包层进行化学刻蚀，将其内包层外径变为约200微米以便与泵浦光纤扭转形成光纤组束，为了保证光纤组束能与输出光纤尺寸匹配，要对光纤组束进行强拉锥(拉锥比例1.65)。该专利文献所采用的20/400光纤的纤芯支持LPtll与LP11两个模式，由于拉锥比例为1.65，导致这种合束器对于LP11模式的损耗很大(2dB)。强拉锥结构合束器在主振荡功率放大(MOPA)结构光纤激光器的应用方面有不足之处:(I)LP01模式损耗较大，在高功率信号光输入时并不理想。前述美国专利是基于降低LPtll模式损耗而设计，即通过拉锥，改变输入信号光纤纤芯的模场直径(MFD)，使其等于输出光纤纤芯的MFD，以此实现LPtll模式的光学匹配和低损耗，然而即使在模场直径匹配条件满足的情况下，熔接点处LPtll模式的损耗仍有0.25至0.3dB，在高功率信号光输入时并不理想；(2)高阶模式损耗很大或无法耦合进入输出光纤纤芯，这会导致合束器损坏与激光器效率的下降，进一步限制最终输出激光功率的提升。在前述美国专利中指出，熔点处LPtll模式损耗的增加不仅带来更多的废热，同时会导致输出光纤中的模式退化，即高阶模式的产生。这导致在后续的光纤振荡器或光纤放大器的增益光纤中，这些高阶模式会与LPtll模式产生干涉，引发增益不稳定。增益不稳定会导致脉冲激光的产生，这些脉冲激光的峰值功率会超过光纤纤芯材料的破坏阈值，最终导致纤芯的损毁。因此，前述美国专利的核心理念是在降低LPtll模式损耗的同时，保证高阶模式不进入输出光纤的纤芯，即高阶模式在合束器内部的损耗很大。实际上，前述美国专利公开的合束器由于拉锥比例过大，高阶模式在拉锥区已经进入输入信号光纤的内包层，而且在熔接点处模场失配严重，损耗很大。虽然前述美国专利中提出抑制高阶模式进入输出光纤可以避免脉冲激光的产生从而保护光纤激光器，但是高阶模式在合束器内部因损耗很大而产生的大量损耗光却会导致合束器内部产生更多废热，这严重影响了合束器的安全运行甚至会损坏合束器，并且合束器因为损耗光导致的的破坏阈值低于脉冲光产生的纤芯材料破坏阈值。此外，采用纤芯支持少数模式的大模场光纤搭建的光纤激光器，在输出光功率较高的情况下，其输出光中大多会包含少数的高阶模式，如果采用前述美国专利所述的合束器进一步放大包含少数高阶模式的光纤激光，将会导致高阶模式全部损耗而引起激光器的最终输出效率下降。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可降低信号光的损耗、用于包含少数高阶模式的光纤激光功率放大的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器。 为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案:一种大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，所述泵浦/信号合束器包括输出光纤、输入信号光纤和至少一根泵浦光纤，所述输入信号光纤的一端与所述泵浦光纤的一端通过熔融拉锥结合为一带有拉锥区的光纤组束，拉锥比例为I?1.45，所述光纤组束与所述输出光纤通过端面熔接。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述输出光纤和所述输入信号光纤均为双包层光纤，所述泵浦光纤为单包层光纤。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述光纤组束上的拉锥区末端(与输出光纤熔接处)外径不大于所述输出光纤的内包层外径。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述输出光纤的内包层外径为500微米?800微米。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述输出光纤的纤芯直径不小于所述输入信号光纤的纤芯直径。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述输出光纤的纤芯直径为25微米?40微米,所述输入信号光纤的纤芯直径为20微米?30微米。二者纤芯直径的选取是以输出光纤的纤芯直径不小于输入信号光纤的纤芯直径为前提的。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述输出光纤的纤芯数值孔径不小于所述输入信号光纤的纤芯数值孔径。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述输出光纤的纤芯数值孔径为0.06?0.08，所述输入信号光纤的纤芯数值孔径为0.06?0.07。二者纤芯数值孔径的选取是以输出光纤的纤芯数值孔径不小于所述输入信号光纤的纤芯数值孔径为前提的。 上述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器中，优选的，所述泵浦光纤为6根。 本专利技术中，拉锥比例是指光纤组束在拉锥区起始点处的外切圆直径与光纤组束在拉锥区末端(与输出光纤熔接处)的外径之比，即拉锥区首尾外径之比。 本专利技术中，少数高阶模式通常是指输入信号光纤纤芯中支持的一个或几个高阶模式，具体情况取决于输入信号光纤纤芯的直径与数值孔径以及输入信号激光的光束质量。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于:1、本专利技术的泵浦/信号合束器使拉锥比例降低至I至1.45之间，实现了较弱拉锥或不拉锥，保证了泵浦光的低损耗，同时大幅度降低了高阶模式信号光的损耗，并进一步降低了LPtll模式信号光的损耗。由于在较弱拉锥或不拉锥的情况下，LPtll模式与高阶模式的拉锥区损耗和熔接点损耗都很低，本专利技术的泵浦/信号合束器可用于包含少数高阶模式的光纤激光的功率放大。 2、本专利技术的泵浦/信号合束器中输出光纤的纤芯直径不小于输入信号光纤的纤芯直径，以保证输出光纤的纤芯/包层面积比不降低，达到不降低后续光纤放大器的泵浦光吸收系数之目的。双包层光纤的纤芯/包层面积比对泵浦光的吸收有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，其特征在于，所述泵浦/信号合束器包括输出光纤、输入信号光纤和至少一根泵浦光纤，所述输入信号光纤的一端与所述泵浦光纤的一端通过熔融拉锥结合为一带有拉锥区的光纤组束，拉锥比例为1～1.45，所述光纤组束与所述输出光纤通过端面熔接。

【技术特征摘要】
1.一种大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，其特征在于，所述泵浦/信号合束器包括输出光纤、输入信号光纤和至少一根泵浦光纤，所述输入信号光纤的一端与所述泵浦光纤的一端通过熔融拉锥结合为一带有拉锥区的光纤组束，拉锥比例为I?1.45，所述光纤组束与所述输出光纤通过端面熔接。2.根据权利要求1所述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，其特征在于，所述输出光纤和所述输入信号光纤均为双包层光纤，所述泵浦光纤为单包层光纤。3.根据权利要求2所述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，其特征在于，所述光纤组束上的拉锥区末端外径不大于所述输出光纤的内包层外径。4.根据权利要求3所述的大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，其特征在于，所述输出光纤的内包层外径为500微米?800微米。5.根据权利要求1?4中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少锋，冷进勇，孔令超，陈子伦，周朴，司磊，许晓军，陈金宝，刘泽金，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43