一种高光束质量光纤激光合束器制造技术

本发明专利技术公开了一种高光束质量光纤激光合束器，该合束器包括：第一输入光纤束、第二输入光纤束，玻璃毛细管和输出光纤；第一输入光纤束由多根单模或少模光纤组成，第二输入光纤束由多根多模光纤组成，单模或少模光纤与多模光纤通过过渡区连接，输出光纤上设置滤模结构。本发明专利技术提供的高光束质量光纤激光合束器，其单模或少模光纤通过过渡区与多模光纤连接组合为合束器的输入光纤，该设计不仅可以保证信号光的有效传输，而且效提升了光纤束横截面上纤芯面积的占空比，充分抑制激光合束过程中的光束质量劣化；同时在输出光纤上设计了滤模结构，实现较高数值孔径合成激光的滤除，并且可以通过改变滤模结构参数调节需要保留的数值孔径内的光。孔径内的光。孔径内的光。

【技术实现步骤摘要】
一种高光束质量光纤激光合束器


[0001]本专利技术属于激光器领域，尤其涉及一种高光束质量光纤激光合束器。

技术介绍

[0002]因具有体积小、重量轻、效率高和免维护等独特的优势，光纤激光器已在很多领域得到了广泛的应用，随着科技水平的发展，各应用领域对光纤激光器的输出功率提出了更高的需求，而激光合束技术是目前提高激光器输出功率最有效的手段。
[0003]光纤激光合束器是优选的激光合束器件，该器件主要通过光纤几何拼接的方法把数路激光汇入到同一根输出光纤中，虽然光纤激光合束器能够显著提升激光器的输出功率，但由于拼叠激光子束之间存在的间隔会造成激光亮度的退化，光纤激光合束器的输出光束质量较差，且光束质量会随着合成激光光束数目的增涨而持续降低，从而限制了光纤激光合束器在某些领域的利用，根据目前报道，光纤激光合束器的输出光束质量M2因子最好也仅3.69，与合成前单台激光器输出（M2~1.2左右）相差甚远。
[0004]现有技术中一般采用光纤包层缩径或光纤纤芯模场外扩的方式提高激光子束在拼叠横截面的占空比，由此提升合成激光光束质量，但效果并不理想，比如有专利提出先减小输入光纤包层直径再熔融拉锥的方法，该方法只能将纤芯占空比提升至0.5，光束质量仍不能有明显改善；也有专利提出在光纤束与输出光纤的熔点且靠近光纤束处采用热扩散纤芯方式，形成沿光传输方向纤芯逐渐增大的锥形结构，使光纤束与输出光纤的熔接处的占空比达到1，但该方法工程难度大、可控性低，光纤束需要加热数十分钟甚至以上才能实现有效的纤芯热扩散，如此长时间的熔烧光纤容易造成光纤形变，反而造成光束质量严重退化；还有专利提出将光纤直径拉锥至足够小，使激光无法约束在纤芯中而泄露到包层里以包层基模的形式传输，实现高模场占空比，但这种方法需要将光纤拉锥到十几微米，光纤太细容易造成光纤束与输出光纤熔接点脆弱易断裂，实用性问题有待解决。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供高光束质量光纤激光合束器，该合束器中单模或少模光纤与多模光纤通过过渡区组合为输入光纤，该输入光纤保证了信号光的有效传输，并有效提升了光纤束横截面上纤芯面积的占空比，充分抑制激光合束过程中的光束质量劣化；在输出光纤上设计了滤模结构，实现较高数值孔径合成激光的滤除，使合成激光的光束质量得到提升，而且滤模结构参数可调节，以保留需要的数值孔径内的光。本专利技术的合束器能够很好地实现信号光高质量的合成。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高光束质量光纤激光合束器，所述合束器包括：第一输入光纤束、第二输入光纤束，玻璃毛细管和输出光纤；所述第一输入光纤束由多根单模光纤组成，或者由多根少模光纤组成；所述第二输入光纤束由多根多模光纤组成；第二输入光纤束中多模光纤的数量与第一输入光纤束中单模或少模光纤的数量一致，多根多模光纤与第一输入光纤束中单模或
少模光纤一一对应连接，且在连接处形成过渡区；所述玻璃毛细管位于第二输入光纤束外侧；所述输出光纤与拉锥后的第二输入光纤束以及玻璃毛细管连接，且所述输出光纤上设置滤模结构。
[0007]优选的，所述多模光纤的纤芯直径大于所述单模或者少模光纤的纤芯直径，所述多模光纤的包层厚度小于单模或者少模光纤的包层厚度。
[0008]优选的，所述多模光纤的纤芯直径大于单模或者少模光纤的纤芯直径的两倍。
[0009]优选的，所述单模或者少模光纤的包层厚度大于多模光纤的包层厚度的五倍。
[0010]优选的，所述过渡区通过对单模或少模光纤进行纤芯热扩散形成，或者对多模光纤进行拉锥形成，或者同时对单模光纤进行纤芯热扩散和对多模光纤进行拉锥形成。
[0011]优选的，所述滤模结构包括输出光纤上由依次设置的下锥区、腰区和上锥区组成的拉锥结构以及设置在拉锥结构上的光剥离装置。
[0012]优选的，所述拉锥结构的拉锥比可根据激光的数值孔径进行调整。
[0013]优选的，所述光剥离装置为利用酸蚀或研磨的方法在输出光纤表面形成的毛化区域。
[0014]优选的，所述光剥离装置为涂敷在输出光纤表面的光学胶水，且光学胶水折射率高于输出光纤包层折射率。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的高光束质量光纤激光合束器，能够实现信号光高质量的合成。
[0016]本专利技术公开的合束器，其输入光纤通过对第一输入光纤热扩心或/和对第二输入光纤熔融拉锥实现作为第一输入光纤的单模或少模光纤与作为第二光纤的多模光纤的模场匹配，进而在相比第一输入光纤的纤芯增大了几倍的多模光纤中实现基模激光信号光的基本无损和光束质量无退化的传输。输入光纤利用多模光纤有效提升了光纤束横截面上纤芯面积的占空比，充分抑制激光合束过程中的光束质量劣化；除此之外，本专利技术的合束器在输出光纤上设计了滤模结构，实现较高数值孔径合成激光的滤除，使合成激光的光束质量得到提升，而且该滤模结构还可以通过改变拉锥区的拉锥比例，实现不同数值孔径范围的激光滤除，达到在一定范围内调整合成激光光束质量以及平衡合束器光束质量与传输效率的作用，拓宽本专利技术合束器的应用场景。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的高光束质量光纤激光合束器的结构示意图；图2为传统光纤激光合束器的光纤束横截面上光纤拼叠示意图；图3为本专利技术光纤激光合束器的光纤束横截面上光纤拼叠示意图；图中：10.第一输入光纤束 20.第二输入光纤束
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30.玻璃毛细管 40.输出光纤101.过渡区 401.滤模结构。
具体实施方式
[0018]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本专利技术的原理，应被理解为本专利技术的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的
普通技术人员可以根据本专利技术公开的这些技术启示做出各种不脱离本专利技术实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本专利技术的保护范围内。
[0019]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0020]一种如图1所示的高光束质量光纤激光合束器，所述合束器包括：第一输入光纤束10、第二输入光纤束20，玻璃毛细管30和输出光纤40。
[0021]上述第一输入光纤束10由多根单模或者少模光纤组成；上述第二输入光纤束20由多根多模光纤组成，多模光纤的纤芯直径大于上述第一输入光纤束10的单模或者少模光纤的纤芯直径，其包层厚度小于单模或者少模光纤的包层厚度，作为优选实施例，多模光纤的纤芯直径在单模或者少模光纤的纤芯直径的两倍以上，单模或者少模光纤的包层厚度在多模光纤的包层厚度的五倍以上。第二输入光纤束20中多模光纤的数目与第一输入光纤束10中单模或者少模的光纤数量相同，且多模光纤与单模或者少模光纤一一对应连接，在连接处形成了过渡区101，过渡区101是通过对单模光纤进行纤芯热扩散和/或对多模光纤进行拉锥而形成，其能够实现单模或者少模光纤与多模光纤的模场匹配。
[0022]传统光纤激光合束器都采用少模光纤（与激光器尾纤一致）直接作为输入光纤，这种光纤的纤芯数值孔径比较小（0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光束质量光纤激光合束器，其特征在于，所述合束器包括：第一输入光纤束、第二输入光纤束，玻璃毛细管和输出光纤；所述第一输入光纤束由多根单模光纤组成，或者由多根少模光纤组成；所述第二输入光纤束由多根多模光纤组成；第二输入光纤束中多模光纤的数量与第一输入光纤束中单模或少模光纤的数量一致，多根多模光纤与第一输入光纤束中单模或少模光纤一一对应连接，且在连接处形成过渡区；所述玻璃毛细管位于第二输入光纤束外侧；所述输出光纤与拉锥后的第二输入光纤束以及玻璃毛细管连接，且所述输出光纤上设置滤模结构。2.根据权利要求1所述的高光束质量光纤激光合束器，其特征在于，所述多模光纤的纤芯直径大于所述单模或者少模光纤的纤芯直径，所述多模光纤的包层厚度小于单模或者少模光纤的包层厚度。3.根据权利要求2所述的高光束质量光纤激光合束器，其特征在于，所述多模光纤的纤芯直径大于单模或者少模光纤的纤芯直径的两倍。4.根据权利要求2所述的高光束质量光纤激光合束器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雨薇，黄珊，刘玙，黎玥，吴文杰，李好，欧光亮，黎沁，王琳，王建军，林宏奂，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：