[发明专利]基于无芯光纤的泵浦与信号合束器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于无芯光纤的泵浦与信号合束器的制备方法，包括信号光纤(32)、若干根泵浦注入光纤(31)和输出光纤(35)，其具体操作步骤如下：S1：将原始泵浦光纤与无芯光纤熔接形成泵浦注入光纤；S2：对信号光纤的包层进行处理，形成一段等直径区域；S3：将若干根泵浦注入光纤围绕信号光纤均匀排列组成光纤束，通过定位夹具进行扭转，然后对光纤束进行熔融拉锥处理；S4：将熔融拉锥后的光纤束在锥腰处截断，再与输出光纤进行熔接形成合束器。本发明有效地解决了泵浦光纤与信号光纤直径不满足约束关系时，无法均匀排列的问题。

技术领域

本发明属于光电子学器件领域，更具体地涉及一种基于无芯光纤的泵浦与信号合束器及其制备方法。

背景技术

泵浦与信号合束器是全光纤化激光器系统的核心部件之一，主要用于泵浦光的合束和信号光的耦合传输，其性能优劣将直接决定光纤激光器的输出功率和光束质量的大小。目前合束器的泵浦光耦合方式主要有两种：端面泵浦与侧面泵浦。端面泵浦指的是将多束泵浦光合束后从端面耦合到双包层光纤的包层中。目前多采用熔融拉锥合束的方法，即将多根泵浦光纤均匀紧密排布在信号光纤周围组成光纤束进行熔融拉锥，再将其在锥腰处截断与双包层输出光纤熔接。侧面泵浦指的是将泵浦光从双包层光纤的侧面耦合进去。通常做法为：将泵浦光纤进行预拉锥后再将锥区熔合在输出光纤表面，并形成一定长度的熔合区，以保证其耦合效率与粘合强度。随着泵浦光在泵浦注入光纤锥区中的发散角逐渐增大，其包层将无法约束其传播，泵浦光将溢出泵浦注入光纤并耦合进入输出光纤，其耦合机制遵循全反射原理。由于侧面泵浦制备夹具机构复杂，很难实现大于4个臂以上的侧面泵浦合束器的研制。现有的泵浦臂大于4个的泵浦与信号合束器大多采用端面泵浦的耦合方式。目前，已报道的光纤端面泵浦与信号合束器制作方案中，泵浦光纤与信号光纤的包层直径尺寸通常满足尺寸约束关系，不存在均匀排列的问题。当二者包层直径不满足约束关系时，如果不进行特别处理将无法均匀排列，在后续熔融拉锥过程中信号光纤纤芯将不处于光纤束中心，很难实现信号光的高效率传输。同时信号光的纤芯受到压力挤压会导致变形，光束质量将会产生一定程度的退化，从而降低了激光器的性能。

本发明中提出了一种基于无芯光纤对泵浦光纤进行预处理的方式可以有效地解决当泵浦光纤与信号光纤包层直径不匹配时，光纤束不能均匀排列的问题。在本发明中，也考虑了信号光的模场匹配问题，信号光纤的包层直径通过一定方式进行处理后与无芯光纤直径相匹配，但不改变信号光纤的纤芯直径。

发明内容

本发明主要解决的问题为：在泵浦与信号合束器的制备过程中，当泵浦注入光纤与信号光纤的包层尺寸不满足约束关系时，将会遇到光纤束无法均匀排列的问题，导致泵浦光与信号光很难实现高效率的传输。本发明中所提出的一种基于无芯光纤的泵浦与信号合束器的制备方法可以解决上述问题。其采用的具体技术方案如下：

一种基于无芯光纤的泵浦与信号合束器，包括信号光纤、n根均匀围绕在该信号光纤周围的泵浦注入光纤以及泵浦输出光纤，其特点在于：所述泵浦注入光纤由原始泵浦光纤和无芯光纤熔接组成，且原始泵浦光纤包层直径d₁，无芯光纤包层直径d₂：

当d₁≤d₂时，所述的原始泵浦光纤与无芯光纤直接熔接形成泵浦注入光纤；

当d₁d₂时，先将原始泵浦光纤拉锥形成有原始区、锥形区和锥腰区的锥形光纤，其中，锥形区位于原始区和锥腰区之间，锥腰区的直径d₁₁＝d₂±2μm，再将锥形化后的原始泵浦光纤在锥腰区截断与无芯光纤进行熔接形成泵浦注入光纤；

所述信号光纤的包层经处理后形成一段等直径区域，该等直径区域的包层直径d₃＝d₂(1-sin a)/sin a±2μm，其中a＝180°/n。

所述的泵浦输出光纤为双包层大模场光纤。