[发明专利]大模场光纤泵浦耦合器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种大模场光纤泵浦耦合器及其制造方法。

背景技术

高功率高能量光纤激光器和光纤放大器，在工业加工、军事和医疗等领域都有着广泛的应用前景。近些年，应用普通单模光纤，光纤激光的输出功率和能量获得了极大提升。但是，功率和能量的进一步提高将会受到特透镜效应，光纤非线性效应(比如受激布里渊散射和受激拉曼散射)和光纤损伤等方面限制。高性能超大模场光纤应用于高功率高能量光纤激光器和放大器为功率和能量的进一步提升提供了可能。现有技术中，有人提出了将大模场光纤应用于高功率激光系统中；随后，普通阶跃折射率大模场光纤、增益导引大模场光纤、光子晶体光纤和3C(Chirally-Coupled Core fiber)螺旋形大模场光纤等被提出应用于高功率高能量光纤激光器和放大器。

大模场光纤由于其超大模场特性，意味着光纤纤芯直径较为庞大(通常大于20um)，这对于实现泵浦和信号同时实现高效耦合提出了挑战。现有的端面泵浦耦合技术，所采用的熔融拉锥方式实现泵浦和信号的高效耦合，只能针对于纤芯直径小于30um的主光纤。这是由于熔融拉锥方式对于模场较大的主光纤，在拉锥的过程会对模场的大小和形状造成极大的破坏，导致信号的耦合效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种大模场光纤泵浦耦合器及其制造方法，以在不破坏大模场主光纤纤芯结构的前提下，对主光纤内包层进行直径缩小处理或不进行缩小处理，提高信号的耦合效率。

(二)技术方案

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种大模场光纤泵浦耦合器，包括主光纤和含有若干泵浦光纤的泵浦光纤束，所述泵浦光纤束的一端为所述若干泵浦光纤围设而成的中空光纤束，所述主光纤一端设有露出内包层的过度区并插入所述泵浦光纤束的中空部分，所述泵浦光纤与所述主光纤的过度区对应的部分为露出包层的拉锥端，所述泵浦光纤拉锥端的包层与所述主光纤过度区的内包层紧密接触并熔为一体。

优选地，所述主光纤的过度区为径向尺寸小于主光纤内包层主体径向尺寸的柱体，过度区与内包层主体之间形成台阶面，所述泵浦光纤拉锥端紧密贴靠于所述过度区径向外表面上并且端部紧密抵靠于所述台阶面，所述泵浦光纤拉锥端端部的直径与所述光纤主体过度区与内包层主体之间的半径差相当。

优选地，所述主光纤的过度区为窄端靠近端部、宽端远离端部的锥台形，所述若干泵浦光纤的拉锥端形成的中空部分具有与所述过度区对应的锥形内周。

优选地，所述锥台形过度区的宽端半径小于主光纤内包层主体的半径，过度区与内包层主体之间形成台阶面，所述泵浦光纤拉锥端的端部抵靠于所述台阶面上。

优选地，所述主光纤从位于所述泵浦光纤束中空部分内的端部至过度区的尾段的内包层外设有新涂覆层料，所述新涂覆层与主光纤尾段的内包层形成的数值孔径与主光纤主体内包层的原有的数值孔径一致。

优选地，所述主光纤可以是双包层或多包层光纤，主光纤包层形状可以是圆形、六边形或八边形。

另一方面，本发明还提供了一种上述大模场光纤泵浦耦合器的制作方法，包括以下步骤：

S1：分别除去泵浦光纤束中的若干泵浦光纤待熔接区域的涂覆层，露出包层；从一端开始除去主光纤的涂覆层，露出内包层；

S2：将所述泵浦光纤去除涂覆层的部分采用熔融拉锥的方法按一定的锥度拉锥到预定尺寸形成拉锥端；拉锥过程中，泵浦光纤束的中心光纤采用金属丝替代；拉锥完成后，将金属丝抽出，泵浦光纤束形成为中空光纤束；

S3：将所述泵浦光纤束从拉锥处理的轴向中心截断，并对所述泵浦光纤拉锥端形成的中空部分进行处理，使拉锥端形成的中空部分形状与主光纤的过度区互补；

S4：将露出内包层的主光纤的一端插入泵浦光纤束的中空部分，使主光纤的过度区与泵浦光纤拉锥端形成中空部分紧密贴合；

S5：将所述主光纤的过度区与所述泵浦光纤的拉锥端形成的中空部分熔为一体；

S6：对内包层露出在外面的过度区到端部之间的主光纤部分，重新涂覆制作新涂覆层。

优选地，所述步骤S2还包括对去除涂覆层的主光纤内包层进行直径缩小处理，形成所需过度区形状的步骤。

优选地，所述步骤S5中，通过氢氧火焰、CO₂激光器、丙烷气、或微粒子喷灯将所述主光纤过度区与泵浦光纤的拉锥端熔为一体。

优选地，通过化学腐蚀或机械抛磨的方法，对步骤S2中去除涂覆层的主光纤内包层进行预处理、以及对步骤S3中的所述泵浦光纤拉锥端形成的中空部分进行处理。