[发明专利]用于将辐射耦合入或耦合出光纤的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于将辐射耦合入或耦合出光纤的装置。具体地而非 排它地，本发明涉及用于将多模泵浦光和激光信号耦合入或耦合出包 层泵浦光纤激光器的装置。光和信号可以复用(multiplex)到光纤中 并且可以从光纤中解复用(de-multiplex)。

背景技术

包层泵浦光纤激光器正被人们所熟知。光纤的芯被处理成为有源 增益介质，衍射光栅被形成作为激光腔的镜，并且经由包层施加泵浦 辐射。通常通过泵浦二极管提供泵浦光并且需要将泵浦光从这些泵浦 二极管耦合到光纤。

从US-A-4,179,185(Hawk)和US-A-4,392,712(Ozeki)知道熔合的 锥形(tapered)多模光纤束的构造。这些构造的目的是将多个多模光 纤光学耦合在一起，用于光分配或光结合。在一个实施例中，Ozeki 将泵浦多模光纤排列成束，随后用热量将它们熔合在一起并将它们锥 形化(taper)以形成耦合器。

US-A-4,682,849(Kowata)认为在构造熔合的多模光纤束方面的困 难是在加热和锥形化期间将泵浦光纤束固定在适当的位置并将它们保 持在位置中。Kowata的解决方案是将多模光纤包扎在玻璃毛细管内 部或周围，该玻璃毛细管用于在加热处理期间帮助固定。

Optics Letters，Vol.13，April 1988，pp.306-308(Berger)和 US4818062(Scifres)公开了使用多模光纤束和熔合光纤束以组合多个 二极管激光器的输出，以及使用该成束的输出以泵浦Nd:YAG固态 激光器。

US-A-4,829,529(Kafka)公开了一种构造双包层光纤激光器的手 段，其中使用透镜将激光二极管的输出耦合到双包层光纤的第一包层 中。

US-A-4,815,079(Snitzer)公开了用于通过包层泵浦光纤的侧部将 泵浦光耦合到多包层光纤的包层中的多个方法以及它们在光纤激光器 或放大器中的使用。

在1994年，US-A-5,999,673(Gapontsev)公开了一种熔合侧部耦 合器，其中预先锥形化的多模泵浦光纤绕双包层光纤包裹并且熔合到 该双包层光纤。使用其作为通过光纤的侧部将泵浦光耦合到双包层光 纤的手段。

在1997年，US-A-5,864,644(DiGiovanni)公开了一种在其中心具 有单模馈通(feed-through)光纤的熔合锥形光纤束，以及使用该装置 以将多模泵浦光耦合到多包层光纤的包层中以及将激光信号耦合入或 耦合出多包层光纤的芯。

在1999年，US-A-6,434,302(Fidric)公开了一种改进的熔合光纤 束，其中在将多模泵浦光纤绕中心单模馈通光纤捆绑并熔合到该中心 单模馈通光纤之前的单独步骤中将该多模泵浦光纤锥形化。该熔合束 被接合到输出光纤。Fidric的设计的优点是信号馈通光纤几乎不经历 锥形化。

在2003年，US-A-7,016,573(Dong)公开了一种泵浦合成器(pump combiner)，其中多模泵浦光纤和中心信号馈通光纤排列成束并且接合 到围绕该束的具有较大包层直径的光纤上。随后将该较大光纤锥形化 并接合到输出双包层光纤。

该现有技术教导了泵浦和信号复用器和解复用器的构造，其将多 模泵浦光耦合到多包层光纤的包层中以及将激光信号耦合入或耦合出 多包层光纤的芯(Gapontsev，DiGiovanni，Fidric以及Dong)。还示出 了对于这种复用器理想地使用基本熔合的玻璃构造。这是因为玻璃构 造能够以低损耗并无损害地发送高光学功率。熔合的玻璃构造固有地 比其它耦合装置(如Kafka的体光学耦合，其依赖于透镜等体光学元 件的对准)更稳定和更可靠。本发明涉及基本熔合的玻璃泵浦和信号 复用器/解复用器，其用于将激光信号和多模泵浦光耦合入和耦合出包 层泵浦光纤，以及这些部件在包层泵浦光纤激光器和放大器的构造中 的使用。

现有技术的复用器中的固有困难是馈通中激光信号的过度损失。 近5年左右开发出的新一代大模面积光纤加剧了该问题，大模面积光 纤的特征在于信号波导的低数值孔径和大的芯直径。对具有比现有技 术低的信号馈通损耗的泵浦和信号复用器的需要以及对这种包含大模 面积光纤的复用器的需要为本发明提供了动机。熔合光纤泵浦和信号 复用器中的信号馈通损耗的两个已知原因是：