[发明专利]一种基于曲面光纤端帽的高功率光纤环形器

说明书

本发明提供一种基于曲面光纤端帽的高功率光纤环形器，其至少包括光纤(11)和端帽(12)、光纤(13)和端帽(14)、光纤(15)和端帽(16)、环形器芯和基板，光纤(11)与端帽(12)相连，光纤(13)与端帽(14)相连，光纤(15)与端帽(16)相连，环形器芯安装在基板上，环形器芯能够使进入其中的光束发生偏移或位移。本发明通过波导扩束和曲面自准直输出的原理实现光束在曲面端帽的扩束准直，以及曲面端帽收集和耦合信号光进入尾纤纤芯，一体化的曲面光纤端帽有效提高环形器内的光束的耦合效率，提升光纤环形器的功率承受能力。

技术领域

本发明涉及光无源器件，特别是多端口高功率光纤环形器。

背景技术

光环形器是一种多端口输入输出的非互易性控制光束传播方向的光学器件，光信号在器件中只能沿着特定的端口顺序传输，当光信号的传输顺序变更时其损耗很大，因此可实现信号隔离的作用。

由于光环形器的这种顺序传输特性，使其成为双向通信和激光传输中的重要器件。目前，光环形器广泛地用于激光系统、相干探测和水听器中。随着光纤激光器功率的提升，尾纤输入输出的光环形器结合高功率光纤激光器的相干探测等应用对光环形器的功率承受能力提出了更高的要求。

现有技术“一种基于光纤和透镜阵列的光环形器CN103955026B”、“一种光环形器CN 103995319B”、“Compact low crosstalk,three-port optical circulatorEP0860731B1”、“Bi-directional optical circulator and applications there ofUS6538815”、“method and system for providing a simplified in-line opticalcirculator US 6782145”，主要是基于透镜的空间耦合方式，这种耦合方式是在光纤端面加入透镜,因此结构较为复杂。一般采用λ/4的光纤自聚焦透镜,透镜的尺寸、波长等必须与光纤相匹配，如有偏离，则耦合效率低，光斑质量差，严重会使光信号发生损耗。因此这种传统的耦合技术装调难度大，耦合效率存在瓶颈，特别是耦合损耗带来的发热激发光纤端面损伤限制了器件的功率承受能力。

发明内容

鉴于现有技术中存在众多缺陷，本发明提供一种基于曲面光纤端帽的高功率光纤环形器的技术方案，具体为：

至少包括光纤(11)和端帽(12)、光纤(13)和端帽(14)、光纤(15)和端帽(16)、环形器芯)和基板；

所述光纤(11)与端帽(12)相连，光纤(13)与端帽(14)相连，光纤(15)与端帽(16)相连；

所述环形器芯安装在基板上；

所述环形器芯能够使进入其中的光束发生偏移或位移；

所述端帽的一端为平面，另一端为曲面，光纤与端帽的平面端进行相连接，连接方式为一体化熔接；

所述端帽的曲面用于光束的准直输出或耦合输入到光纤；

光束通过进入光纤(11)后经端帽(12)的曲面变成的准直光束入射到环形器芯(17)，偏移后的准直光束经端帽(14)的曲面耦合到其光纤(13)的尾芯输出；

光束通过进入光纤(13)后经端帽(14)的曲面变成的准直光束入射到环形器芯(17)，偏移后的准直光束经端帽(16)的曲面耦合到其光纤(15)的尾芯输出；

所述端帽的曲面的曲率半径R为：

其中光纤内的激光束腰半径为w₀、发散角为θ₀，端帽的长度为L，端帽材料的折射率为n。

其中光纤、端帽、环形器芯等部件都固定的安装在基板上。