[发明专利]基于套管法的光纤端面泵浦耦合器制备方法

说明书

基于套管法的光纤端面泵浦耦合器制备方法，通过腐蚀法制备输入信号光纤，然后基于拉锥法制备泵浦光纤，输入信号光纤和所有泵浦光纤利用套管法组束形成光纤束。对光纤束进行弱拉锥，整个弱拉锥过程不改变输入信号光纤的纤芯大小。将光纤束的端面切割平整后与输出信号光纤进行低损耗熔接，即可。本发明能够实现基于任意信号光纤和泵浦光纤尺寸的泵浦耦合器，提高了其实用价值。

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及一种光纤端面泵浦耦合器制备方法。

背景技术

由于转化效率高，光束质量好，散热简便以及工作稳定性好等优点，光纤激光器目前已经被广泛用于包括工业加工，医疗以及国防科技等领域。而随着光纤激光器功率继续向上发展，泵浦能力不足已经成为限制其功率提升的关键因素之一。因此，研制一种能够高效耦合泵浦功率以及保证信号光传输光束质量的泵浦合束器至关重要。

根据耦合机理的不同，光纤泵浦耦合器可以分为两种：端面泵浦耦合器与侧面泵浦耦合器，其中端面泵浦耦合器是通过从信号光纤的端面耦合泵浦功率，而侧面泵浦耦合器则是通过信号光纤的侧面注入泵浦功率。

目前，端面泵浦耦合器是工业用千瓦量级光纤激光器的主流泵浦方式，它通常可分为N×1的不含信号纤的光纤端面耦合器和(N+1)×1的含信号纤的光纤端面耦合器。在含信号纤的端面泵浦耦合器的制作过程中，通常是将N根多模光纤通过各种方式，紧密放置在一根信号光纤周围，然后熔融拉锥，从锥区中间截断，并和一根双包层光纤熔接。这种含信号纤的光纤端面耦合器的优点就是可以被用在激光放大器或者后向泵浦结构中。

传统的(N+1)×1的含信号纤的光纤端面耦合器制作方案通常是直接将信号纤和泵浦光纤一起进行拉锥到输出光纤包层尺寸大小，然后将它们熔接在一起，这种方案虽然比较简便，但是在光纤束拉锥变小的同时不可避免地会使信号纤纤芯同比例变小，导致输入信号光纤与输出光纤的纤芯模场不匹配、从而引起信号光的传输损耗增加和模式退化等问题。此外，根据此种方法，对于特定的输出光纤，需要选取合适的输入光纤和泵浦光纤尺寸来尽可能减小模场不匹配程度的同时保证光纤束组束的紧密性，大大降低了合束器的实用性。

发明内容

针对传统的(N+1)×1的含信号纤的光纤端面耦合器制作方案中因需要对输入光纤进行拉锥而与输出光纤纤芯模场不匹配所导致的传输损耗增大和模式退化等问题，本发明提出了一种基于套管法的光纤端面泵浦耦合器制备方法，能够根据任意输出光纤尺寸来制作(N+1)×1光纤端面泵浦耦合器的一种方案，以此降低器件的信号插入损耗并且保持光束质量，进而实现更高功率、更高光束质量的光纤激光器系统。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

基于套管法的光纤端面泵浦耦合器制备方法，所采用的输入信号光纤和输出信号光纤的光纤类型相同，将输入信号光纤的第一端剥离一定长度的涂覆层后腐蚀形成腰锥端，将泵浦光纤的第一端剥离一定长度的涂覆层后拉锥而成腰锥端，输入信号光纤和所有泵浦光纤利用套管法组束形成光纤束，输入信号光纤位于光纤束的中心，所有泵浦光纤呈一个环形且均匀紧贴在输入信号光纤的外围，输入信号光纤的第一端的腐蚀程度以及泵浦光纤的第一端的拉锥程度要求满足以下要求：输入信号光纤的腰锥端其腰区端面的直径与泵浦光纤的腰锥端其腰区端面的直径相同，光纤束的端面直径与输入信号光纤剥离涂覆层之后的内包层直径相同。将光纤束的端面切割平整后与输出信号光纤进行低损耗熔接，即可。

进一步地，利用套管法组束的方法是：利用一个低折射率的玻璃管实现腐蚀后的输入信号光纤与拉锥后的泵浦光纤的组束。为了使组束而成的光纤束更为紧密，所述玻璃管的管腔形状尺寸与待组束而成的光纤束的形状尺寸相适应，玻璃管的一端为腰锥端，其对应组束形成的光纤束的腰锥端。所述玻璃管的管腔尺寸要求满足：将腐蚀后的输入信号光纤与拉锥后的泵浦光纤穿套入玻璃管内后，输入信号光纤和泵浦光纤的腰锥端在玻璃管的腰锥端且玻璃管内的各光纤之间紧密贴合。