[发明专利]一种全光纤高亮度单模光纤合束器及制作方法

说明书

本发明公开了一种全光纤高亮度单模光纤合束器及制作方法，该光纤合束器包括依次形成的玻璃套管组束结构、多芯结构和多模光纤，玻璃套管组束结构包括原始单模光纤、等包层折射率玻璃套管和低折射率玻璃套管，等包层折射率玻璃套管位于原始单模光纤的外侧，低折射率玻璃套管则位于等包层折射率玻璃套管的外侧；多芯结构包括多芯光纤及位于多芯光纤外侧的外包层结构，多模光纤包括纤芯及位于纤芯外侧的包层。该方法是用来制作上述光纤合束器的方法。本发明具有能够有效提高光纤合束器的占空比、得到较高输出激光光束质量等优点。

技术领域

本发明主要涉及到光纤激光器领域，特指一种基于低折射率玻璃套管拉锥法的全光纤高亮度单模光纤合束器。

背景技术

光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、易散热、工作稳定性好等优点，已经广泛应用于工业和国防领域。然而，受光纤非线性效应及光学热损伤等机制的限制，单根光纤激光器的输出功率不可能无限提升。为了获得更大的光纤激光输出，对多个中等功率的光纤激光进行合束是一种有效手段，其中所需的关键器件就是光纤合束器。相比于空间结构的光束合成方案，全光纤结构的光纤合束器具有结构简单紧凑、使用灵活等优点，能够避免空间光路调节，其功率的提升仅受限于光纤合束器本身。应用光纤合束器合束已经成为大功率光纤激光输出的有效选择方案，但是普通光纤合束器由于光纤组束无法实现很高的占空比，会引起光束质量退化从而降低激光亮度。

全光纤结构的光纤合束器是在熔融拉锥光纤束（Taper Fused Fiber Bundle，TFB）的基础上制备的光纤器件。它是将一段光纤剥去涂覆层，然后以一定方式排列在一起，在高温中加热使之熔化，同时向相反方向拉伸光纤束，光纤加热区域熔融成为熔锥光纤束。在锥腰切断后，将锥区输出端与一根输出光纤熔接，进而在输出端得到合束后的激光。

具体而言，传统合束器主要包括光纤组束、熔融拉锥、熔接点和输出光纤等部分。首先将多根单模光纤进行组束，在横截面上获得预期的结构。然后通过熔融拉锥使得组束后的光纤紧密熔融在一起，形成规则的圆形结构。最后，将光纤束在均匀熔融拉锥区切割，与输出光纤进行熔接。在实际需求中，还要对整个结构进行封装，完成光纤合束器的制作。

传统的光纤合束器都是多模光纤输出，这是由光纤组束较低的占空比决定的，而光纤组束的占空比是由原始光纤的包层纤芯比决定的。采用多模光纤作为输出光纤，就是利用输出光纤模式多、模场直径大的特点，来实现和光纤组束的光场匹配。这种合束器尽管可以实现很低的损耗，但由于是多模光纤输出，激光亮度急剧下降。

为了提高光纤合束器在组束时的占空比，一种常用的方法是利用化学酸腐蚀法对包层进行腐蚀来减小包层尺寸，进而减小组束时纤芯直径的距离，增大合束器的占空比。但是这种方法存在两个缺陷：一是化学酸腐蚀以后的光纤质地变差，不便于后期处理；二是纤芯光场的分布特性决定包层尺寸无法无限制地减小。如何在不对原始光纤包层进行腐蚀而增大光纤合束器的占空比，进而获得大功率激光输出的同时实现高亮度，进一步扩大其应用范围，是亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够有效提高光纤合束器的占空比、得到较高输出激光光束质量的全光纤高亮度单模光纤合束器及制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种全光纤高亮度单模光纤合束器，包括依次形成的玻璃套管组束结构、多芯结构和多模光纤，所述玻璃套管组束结构包括原始单模光纤、等包层折射率玻璃套管和低折射率玻璃套管，所述等包层折射率玻璃套管位于原始单模光纤的外侧，所述低折射率玻璃套管则位于等包层折射率玻璃套管的外侧；所述多芯结构包括多芯光纤及位于多芯光纤外侧的外包层结构，所述多模光纤包括纤芯及位于纤芯外侧的包层。

本发明进一步提供一种用来制作上述光纤合束器的方法，其步骤为：