[发明专利]光锥型高功率耦合器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种光锥型高功率耦合器及其制造方法。

背景技术

利用光纤传输激光，具有传光效率高、可靠性好、可承载光功率强等优势。虽然光纤本身的基底损耗很高，可以承载近吉瓦的高能激光，但是，由于其端面较小，往往需要将光束通过透镜聚焦到一个直径不到1mm的光束，才能有效耦合进入光纤端面。这种方法对实现较低功率的激光耦合是可行的。

但是，当激光能量达到千瓦乃至万瓦以上时，上述方法将不再适宜。一方面，如此小的光斑，对透镜的光损伤阈值提出更高的要求。如此小的光斑下，高能激光束的单位面积的激光强度将大幅提高，极易击伤透镜，造成透镜的表面缺陷，从而引起光束散射，造成光透过率直线下降。另一方面，目前已经发现，在极小光斑下，当空气中悬浮的尘埃微粒沉积在具有20分贝或以上的单模式光纤的端面时，其光能就会集中到尘埃上，于是有尘埃沉积的端面就会过热熔化。

对于直径达到数百微米的石英能量光纤而言，目前通过在出射端面镀膜或打磨端面成球形等发散，已经可以有效实现光纤输出端的高能激光输出。但是，其接收端要将高能激光耦合在数百微米以内，并形成良好的光束质量，才能高效率的将高能激光耦合进光纤中。因此，当高能激光经透镜收束到直径不到数百微米照射到光纤接收端时，光纤接收端很容易发生断面损伤，造成光耦合效率的下降。所以，高能激光的光纤耦合问题，已经成为影响光纤承载高能激光的阻碍因素。

目前，参在利用镀膜提高光纤接收端的光损伤阈值方法，也有尽力增加光纤的芯径，降低耦合激光单位面积的能量强度的方法。但是，光纤的芯径如果超过1mm，就会极大的影响光纤的弯曲损耗，造成光纤在实际使用中的诸多不便，而利用镀膜技术，仍存在单位面积能量强度过高，容易造成空气微粒的击穿损失光纤端面的问题。此外，即使是直径为1～2mm的高能光斑，其单位面积的能量强度也是非常高的，很容易形成击穿效应，造成透镜端面和光纤接收端面的损伤。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种光锥型高功率耦合器及其制造方法，结构简单，便于操作，体积较小，便于携带，能根据实际情况灵活调节尺寸，能实现高能激光与能量光纤的高效率和高可靠耦合，能有效提高高能激光的耦合能量。

本发明提供的光锥型高功率耦合器，它包括能量光纤，它还包括圆台形光锥，所述光锥直径较大的端面为输入端面，直径较小的端面为耦合端面，耦合端面的直径与能量光纤的直径相匹配，光锥通过耦合端面与能量光纤熔接为一体，其外设有金属护套。

在上述技术方案中，所述光锥的输入端面的直径长度为4～20毫米。

在上述技术方案中，所述光锥的耦合端面的直径长度为0.13～2毫米。

在上述技术方案中，所述光锥的输入端面与耦合端面之间的距离为50～1800毫米。

在上述技术方案中，所述护套包括连接为一体的粗环套管和细环套管，所述粗环套管的内径与输入端面的直径相匹配，细环套管的内径与能量光纤的直径相匹配，光锥通过软胶粘接固定在护套中，输入端面与粗环套管的外端平齐。

本发明提供的光锥型高功率耦合器的制造方法，包括以下步骤：A、将光纤预制棒部分拉制成能量光纤后，将余棒放置到熔融拉锥机上，根据预先设定的圆台形光锥的输入端面的直径进行拉制；B、设定与所述能量光纤相匹配的耦合端面的直径、及光锥的输入端面与耦合端面之间的距离，通过熔融拉锥机进行拉锥；C、将光锥的耦合端面与能量光纤熔接为一体；D、将光锥固定在金属护套中。

在上述技术方案中，步骤A中所述光锥的输入端面的直径长度为4～20毫米。

在上述技术方案中，步骤B中所述光锥的耦合端面的直径长度为0.13～2毫米。

在上述技术方案中，步骤B中所述光锥的输入端面与耦合端面之间的距离为50～1800毫米。

在上述技术方案中，步骤D包括以下步骤：D1、选取由内径与输入端面的直径相匹配、长度与输入端面与耦合端面之间距离相匹配的粗环套管、及内径与能量光纤的直径相匹配的细环套管构成的护套；D2、将光锥插入所述护套中，使光锥的输入端面与护套的粗环套管的外端平齐，然后在光锥与护套间的空隙部分填入软胶，将光锥粘接固定在护套中。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明中光锥的输入端面接收高功率激光，并通过与一根光纤端面实体相连的耦合端面，耦合进光纤中，实现高能激光与能量光纤的高效率和高可靠耦合。

(2)本发明利用光锥来实现高能激光的耦合，能有效提高高能激光的耦合能量，在高能激光耦合传输领域具有很高的潜在应用价值。