[发明专利]一种超低损耗的大模场光纤侧面泵浦合束器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种超低损耗的大模场光纤侧面泵浦合束器及其制作方法，该方法包括以下步骤：将大模场信号光纤和泵浦光纤中对应熔融结合部处的涂覆层除去，露出内部的包层；将两根泵浦光纤中裸露的包层分别紧密贴合在大模场信号光纤中包层的两侧以形成光纤束；而后对光纤束中的包层区域进行熔烧加热；在加热至熔融状态时拉伸光纤束，使大模场信号光纤中熔融区域的尺寸被拉细变小形成两端对称的锥形结构，而后使光纤束恢复至室温后形成固态，将大模场信号光纤和泵浦光纤熔接形成一体。本发明通过在熔烧过程中适当拉细光纤，减弱机器、夹具、重力和热应力因素对大模场信号光纤产生的微小形变，从而使得基模信号通过熔烧区时发生畸变的程度非常小。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种超低损耗的大模场光纤侧面泵浦合束器及其制作方法。

背景技术

高功率光纤激光器已被广泛应用于工业加工、医疗、国防军事等领域。在光纤激光器中，高功率光纤器件的性能显得尤为重要。由于大模场光纤的芯径面积较大，可以提高非线性效应(SPM、SBS、SRS等)的阈值，从而保证信号光的脉宽、频谱宽度等特性不被改变。因此，大模场光纤适合于高平均功率的传输，并已广泛应用于高功率光纤激光领域。

光纤设计中有一个很重要的参数：归一化频率(V参数)，来衡量光纤中可允许传输的模式数量；当V2.405时，则只能传输基模，我们称为单模光纤，单模光纤的光纤本体一般都很小(6um),NA较大；而大模场光纤一般都不是单模光纤，V2.405，芯径一般很大(10-50um)，通过降低NA，来减小 V参数，控制可允许传输的模式数目，从而维持较好的光束质量。

大模场光纤的归一化频率(V参数)较大，因此它不是单模光纤，可允许多个模式在光纤中传输；在实际应用中，大模场光纤由于受外界因素的影响，或者自身形态结构的变化，部分基模信号转化为高阶模，导致光束质量下降。

大模场光纤用来制作高功率光纤器件时，经常需要进行熔烧的工艺步骤，将光纤加热软化，达到熔融状态，然后跟其他光纤熔合在一起。例如，制作信号输入和输出均为大模场光纤的侧面泵浦合束器时，需要将泵浦光纤贴合在大模场信号光纤的表面一起熔烧，传统的制作工艺都是单纯熔烧，保持大模场光纤包层和纤芯的尺寸不变，但在熔烧过程中，大模场光纤无法避免地发生微小形变。目前该类器件在工业应用上的基模信号损耗一般在0.5dB以上。

大模场光纤在熔烧过程中发生微小形变，主要跟以下因素有关：

1)机器、夹具的影响，机器的振动会使熔融状态的光纤发生形变，两侧固定夹具的微小错位导致熔烧区也发生微观上的错位。

2)热应力的影响：熔烧过程只是发生在大模场直径光纤中间的一小段区域，熔烧区被加热至熔融状态，但两侧光纤仍然是固态，熔烧区受热应力的影响会发生弯曲。

3)重力使得光纤熔融区域下垂，发生微观上的弯曲。

在目前的工业应用上，大模场光纤的芯径一般都是10-30um，上述因素导致的微小形变很容易就达到10um以上，对芯径的形状结构、同轴性、对称度都有明显的改变，注入的基模信号，经过熔烧区就会被激发为高阶模式，导致基模信号的损耗变大。

光纤器件的大损耗会导致激光器需要更高的泵浦功率以到达同样的功率输出，这样会引入更多的噪声，从而降低整机性能和可靠性，同时，畸变的高阶模式也会降低激光器的输出光束质量。

发明内容

本发明目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种超低损耗的大模场光纤侧面泵浦合束器的制作方法，通过在熔烧过程中适当拉细光纤束，减弱机器、夹具、重力和热应力因素对大模场光纤产生的微小形变，从而使得基模信号通过熔烧区时发生畸变的程度非常小。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超低损耗的大模场光纤侧面泵浦合束器的制作方法，用于将两根泵浦光纤和一根大模场信号光纤通过熔融拉锥形成一体，所述制作方法包括以下步骤：