用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器及其制作方法，该方法利用玻璃管对拉锥或者腐蚀处理后的锥形输入光纤进行组束，然后和输出光纤进行熔接，无需对输入信号光纤的纤芯进行拉锥处理，即可保证输入光纤的纤芯和输出光纤的纤芯直径基本一致，使其能适用于各类模式的信号光，从而实现较高的耦合效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，具体的涉及一种用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器及其制作方法。
技术介绍
光纤激光器，由于具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、易散热、工作稳定性好等优点，已被广泛地应用于工业加工、医疗卫生和国防军事等领域。近年来，随着双包层光纤泵浦技术的成熟和光纤制造工艺的改进，光纤激光器的输出功率也不断提升。目前大功率光纤激光器中主要采用主振荡功率放大(MOPA)结构来实现激光输出功率的提高，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。光纤泵浦耦合器的作用就是将振荡器或者前级的信号光与泵浦光高效地耦合进光纤下一级放大器的增益双包层光纤中。光纤泵浦耦合器的性能直接决定了进入放大器的信号光功率和泵浦光功率，是MOPA结构大功率光纤激光器的核心元器件。目前常用的全光纤泵浦耦合器主要分为端面泵浦和侧面泵浦两种方法。一方面，传统的端面泵浦耦合器通过对输入信号光纤和泵浦光纤进行熔融拉锥，使得信号光纤的纤芯逐渐变小，信号光的耦合效率较低，而限制了最终激光器的输出功率。例如CN201410600456.1中公开了一种大功率弱拉锥低损耗泵浦/信号合束器，提出了一种将拉锥比例控制在1-1.45范围内的方法，以实现信号光的低损耗。再例如CN201110458029.0中公开了一种大模场光纤泵浦耦合器及其制造方法，提出在不改变信号光纤纤芯直径的情况下，来实现信号激光的低损耗传输。另一方面，侧面泵浦耦合虽然很好地解决了信号光的损耗问题，但是难以解决泵浦光纤的组束和高效率耦合问题，无法满足大功率条件下的实际需求。为此，CN201110456333.1中公开了一种光纤侧面耦合器及其制造方法，该方法通过将泵浦光纤和信号光纤内包层径向表面的形状互补匹配法制作侧面泵浦耦合器。由上可见，对于端面泵浦耦合器，上述方法能实现泵浦激光的高效率耦合，而用于信号激光的耦合时则效率较低。而用于侧面泵浦耦合器时，则与之相反，对信号激光的耦合效率较高，对泵浦激光的耦合效率则较低。除此之外，上述专利中提到的泵浦耦合器还存在如下问题：一、制作过程中对于输入光纤的组束要求很高，只能对特定数量的泵浦光纤进行特定形状的组束，(例如一般的组束方式仅限于(2+1)×1或(6+1)×1等结构)，并且按此特殊结构进行组束时，组束难度较大；二、组束后光纤束的形状变化较大，会增加光损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器及其制作方法，该发明解决了现有技术中对于端面或侧面泵浦耦合器中信号激光和泵浦激光的耦合效率无法同时达到较高的问题，以及现有方法在制作过程中对光纤组束形状要求特殊，组束难度大的技术问题。本专利技术提供一种用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器的制作方法，包括以下步骤：1)对玻璃管的中段等比例拉锥至玻璃管的外径为420μm，拉锥后玻璃管的锥区长度为3cm，锥腰长度为2cm，拉锥后玻璃管锥腰内的信号光纤空气孔的直径为110～147μm，泵浦光纤空气孔的直径为90～110μm；2)将1根输入信号光纤和至少一根泵浦光纤的一端去除6cm涂覆层后，形成露出相应包层结构的剥除区，并对剥除区进行彻底清洁；3)腐蚀输入信号光纤的剥除区，腐蚀或拉锥输入泵浦光纤的剥除区，腐蚀后的输入信号光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰处光纤直径为100～140μm，腐蚀或者拉锥后的输入泵浦光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰直径为85～100μm；4)将输入信号光纤的锥腰端插入拉锥后玻璃管的锥腰信号光纤空气孔中，输入信号光纤的外壁与信号光纤空气孔内表面相接触；将泵浦光纤的锥腰端插入拉锥后玻璃管的锥腰泵浦光纤空气孔中，泵浦光纤的外壁与泵浦光纤空气孔的内表面相接触；5)对玻璃管的拉锥区域拉锥至玻璃管锥腰的外径为400μm时停止，在输入光纤束的锥腰进行切割；去除输出光纤一端的涂覆层，形成露出内包层的剥除区，并对剥除区进行切割，将输入光纤束的切割端面与输出光纤的切割端面进行熔接得到用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器；在熔接点处，信号纤芯的直径与输出纤芯的直径相等，玻璃管的外径应该输出光纤的内包层直径相等。进一步地，输入信号光纤的纤芯和输出光纤的纤芯数值孔径相等。进一步地，输出光纤的包层直径为输出光纤的纤芯直径的5倍以上。进一步地，玻璃管中心轴线处设置用于插入输入信号光纤的信号光纤空气孔，信号光纤空气孔的周围均布多个泵浦光纤空气孔。进一步地，信号光纤空气孔的内径为输入信号光纤的包层直径的1-1.2倍；泵浦光纤空气孔的内径为泵浦光纤包层直径的1-1.2倍。本专利技术提供一种如上述制作得到的用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器。本专利技术的技术效果：本专利技术提供的用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器的制作方法，通过使用多孔玻璃管，无需对输入信号光纤的纤芯进行拉锥处理，即可保证输入光纤的纤芯和输出光纤的纤芯直径基本一致，使其能适用于各类模式的信号光，从而实现较高的耦合效率。本专利技术提供的用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器，输入光纤包层和输出光纤内包层熔接点处的形状、直径相等，从而保证了较高的泵浦光耦合效率。本专利技术提供的用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器，输入光纤组束的自由度大，可适用于多种不同类型的光纤组束方式，对输入光纤的直径以及泵浦光纤的数目没有限制。具体请参考根据本专利技术的用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器及其制作方法提出的各种实施例的如下描述，将使得本专利技术的上述技术效果和其他方面显而易见。附图说明图1为本专利技术提供的实施例1用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器，即(6+1)×1型光纤端面耦合器(即：25/250μm+220/242μm-25/400μm)的主视剖视示意图；图2中(a)为图1中玻璃管横截面示意图；(b)为图1中A-A向剖面示意图；图3中(a)为图1中B-B向剖面示意图；(b)为图1中C-C向剖面示意图；图4中为本专利技术提供的实施例2用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器，即(10+1)×1型光纤端面耦合器(即：20/400μm+220/242μm-20/400μm)的主视剖视示意图；图5中(a)为图4中所采用的玻璃管横截面示意图；(b)为图4中A-A向剖面示意图；图6中(a)为图4中图4中B-B向剖面示意图；(b)为图4中C-C向剖面示意图。图例说明：100、输入信号光纤；110、信号光纤纤芯；120、信号光纤包层；130、信号光纤涂覆层；200、泵浦光纤；210、泵浦光纤纤芯；220、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对玻璃管的中段等比例拉锥至玻璃管的外径为420μm，拉锥后所述玻璃管的锥区长度为3cm，锥腰长度为2cm，拉锥后所述玻璃管锥腰内的信号光纤空气孔的直径为110～147μm，泵浦光纤空气孔的直径为90～110μm；2)将1根输入信号光纤和至少一根泵浦光纤的一端去除6cm涂覆层后，形成露出相应包层结构的剥除区，并对剥除区进行彻底清洁；3)腐蚀输入信号光纤的剥除区，腐蚀或拉锥输入泵浦光纤的剥除区，腐蚀后的输入信号光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰直径为100～140μm，腐蚀或者拉锥后的输入泵浦光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰直径为85～100μm；4)将所述输入信号光纤的锥腰端插入拉锥后所述玻璃管的信号光纤空气孔锥腰中，所述输入信号光纤的外壁与所述信号光纤空气孔内表面相接触；将所述泵浦光纤的锥腰端插入拉锥后所述玻璃管的泵浦光纤空气孔锥腰中，所述泵浦光纤的外壁与所述泵浦光纤空气孔的内表面相接触；5)对所述玻璃管的拉锥区域拉锥至玻璃管锥腰的外径为400μm时停止，在输入光纤束的锥腰进行切割；去除输出光纤一端的涂覆层，形成露出内包层的剥除区，并对所述剥除区进行切割，将所述输入光纤束的切割端面与所述输出光纤的切割端面进行熔接得到所述用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器；在熔接点处，信号纤芯的直径与输出纤芯的直径相等，玻璃管的外径应该与输出光纤的内包层直径相等。...

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤放大器的光纤端面泵浦耦合器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对玻璃管的中段等比例拉锥至玻璃管的外径为420μm，拉锥后所述玻璃管的锥区
长度为3cm，锥腰长度为2cm，拉锥后所述玻璃管锥腰内的信号光纤空气孔的直径为
110～147μm，泵浦光纤空气孔的直径为90～110μm；
2)将1根输入信号光纤和至少一根泵浦光纤的一端去除6cm涂覆层后，形成露出相
应包层结构的剥除区，并对剥除区进行彻底清洁；
3)腐蚀输入信号光纤的剥除区，腐蚀或拉锥输入泵浦光纤的剥除区，腐蚀后的输入信
号光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰直径为100～140μm，腐蚀或者拉锥后的输
入泵浦光纤锥区长度为3cm、锥腰长度为3cm、锥腰直径为85～100μm；
4)将所述输入信号光纤的锥腰端插入拉锥后所述玻璃管的信号光纤空气孔锥腰中，所
述输入信号光纤的外壁与所述信号光纤空气孔内表面相接触；
将所述泵浦光纤的锥腰端插入拉锥后所述玻璃管的泵浦光纤空气孔锥腰中，所述泵浦
光纤的外壁与所述泵浦光纤空气孔的内表面相接触；
5)对所述玻璃管的拉锥区域拉锥至玻璃管锥腰的外径为400μm时停止，在输入光纤
束的锥腰进行切割；去除输出光纤一端的涂覆层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周旋风，陈子伦，王泽锋，侯静，奚小明，雷成敏，许晓军，
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