[发明专利]一种熔点拉锥型光纤功率合束器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种熔点拉锥型光纤功率合束器及其制作方 法。

背景技术

光纤激光器是继传统固体激光器和气体激光器后的新一代新型固体激光器，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。目前，IPG公司已经报道了输出功率达到10kW的单模光纤激光器。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。对光纤激 光的合成主要分为相干合成和非相干合成两种方式。相干合成是采用相位控制技术，使得输 出各路激光在远场发生相干叠加，合成后的远场功率密度正比于激光器路数的平方，能够实 现非常高的能量集中度。但是相干合成要求参与合成的各光束具有相同的光谱分布，同时还 要求各光束之间具有确定的相位关系。对于相位控制的要求也非常苛刻，受环境扰动的影响 很大，目前还很难用于实际应用系统中。事实上，由于相位噪声的存在，各个激光器之间不 能自发地实现相位锁定；同时，由于光波长较短，实现光束的精确相位控制也很难实现。相 比而言，非相干合成方案不需要进行相位控制，对环境要求较小。非相干合成主要包括光谱 合成、自适应光学元件合成和熔融拉锥光纤耦合器合成等方案。相比于空间结构的非相干光 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。但是传统的光纤合束器一般采用多模单包层光纤将多个泵浦源 耦合为一束输出，用于提高输出功率，但输出光束质量较差，不适合用于将多个光纤激光器 合束输出。一些新型的光纤功率合束器结构，如中国专利信号光合束器及其制作方法(公开 号CN101866032A)，提出将多根输出光纤通过高温熔融拉锥合成一束并与输出光纤熔接的 方式制作信号光合束器，可以有效提升输出功率，但输出光束质量较差。发明专利光纤功率 合束器及其制备方法(公开号CN102116902A),提出将输出的双包层光纤内包层腐蚀后再进 行熔融拉锥，可以有效提高纤芯占空比，但无法完全解决纤芯占空比不高的问题，且内包层 腐蚀操作麻烦，对光纤也有一定损伤。发明专利高光束质量信号光光纤合束器及其制作方法 (公开号CN102778739A)，提出利用纤芯转接部使多个光纤与输出光纤熔接，实现信号光 在熔接处的理论占空比达到1，提升输出激光光束质量，但发明中提到的纤芯转接部在实验 上还是需要采用到化学腐蚀或者加热扩芯等方式来实现，同样存在前文提到的一些问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于传统熔融拉锥光纤束制作的光纤合束器无法实现高 的纤芯占空比，从而使得输出信号光光束质量变差。为此，本发明提出一种全新结构的熔点 拉锥型光纤功率合束器及其制作方法。

一种熔点拉锥型光纤功率合束器，其特征在于：由输入信号光纤100、熔融光纤束110、 拉锥过渡区光纤束120、拉锥均匀区130、熔接点140、拉锥均匀区输出光纤220、拉锥过渡 区输出光纤210和输出双包层光纤200组成。

优选的，所述输入信号光纤和输出双包层光纤的包层折射率相等。

优选的，所述输入信号光纤的光纤信号激光，是单包层光纤的纤芯激光、双包层光纤的 纤芯信号激光、严格的单模激光、接近单模运转的少模激光中的任一种激光。

优选的，在用于非相干合束时，输出双包层光纤纤芯支持的光纤模式数目不小于单根输 入信号光纤纤芯模式数和输入光纤数的乘积。

优选的，在用于相干合成时，输出双包层光纤的数目不小于单根输入信号光纤纤芯模式 数。

优选的，所述熔融光纤束110、拉锥过渡区光纤束120、拉锥均匀区130、熔接点140、 拉锥均匀区输出光纤220、拉锥过渡区输出光纤210包裹在一层低折射率玻璃管300中。

一种熔点拉锥型光纤功率合束器的制作方法，其特征在于，制作过程包括：

第一步，将所有用于输入的信号光纤去除一段涂覆层，并对处理后的包层进行彻底清 洁；

第二步，将输入信号光纤进行紧密排列，形成结构稳定的组束形状，然后将组束光纤两 端分别插入夹具中，并使组束光纤之间存在一定的作用力；