[发明专利]基于套管法的模组选择光子灯笼制备方法

说明书

本发明提供一种基于套管法的模组选择光子灯笼制备方法，采用单模光纤作为输入光纤，将各输入光纤的第一端均剥离一定长度的涂覆层后再插入到氢氟酸溶液对其包层进行腐蚀，使其芯包比达到设定的尺寸；将所有输入光纤按对称的几何排布，利用套管法组束形成输入光纤束，在满足绝热近似的条件下对输入光纤束进行熔融拉锥；将熔融拉锥后的输入光纤束的端面切割平整后与输出光纤进行低损耗熔接，即可，其中输出光纤为多模光纤。本发明能够实现基于任意输入光纤数量和任意输出光纤尺寸的模组选择光子灯笼的制作，能够保证光子灯笼的输入光纤束和输出光纤的模场直径相匹配，降低插入损耗并保持光纤模式不退化。

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及一种基于套管法的模组选择光子灯笼制备方法。

背景技术

光子学被誉为“光束塑性”的科学，它为操控光线在光纤或者其他波导中的行为提供了广泛的选择。由光子学思想发展出的常用器件有光纤布拉格光栅、光环流器、光纤耦合器等等，但大多数情况下，这些器件的性能局限于只能在单模传输过程中使用。而实际上，很多应用领域更需要在多模光纤系统中也能实现模式控制和光束整形，比如：在激光切割应用中，需要控制模式的偏振来影响材料的吸收能力、需要环形光束用于钻孔；在光通信应用中，需要空分复用技术将信息加载在高阶模上，以提升通信容量和数据传输速率；更重要的是，在一些军事应用场合，比如战术高能激光系统中，要求光源能够达到高功率高光束质量大模场稳定输出的标准。

为了满足以上应用需求，急需研制一种低插入损耗、高模式选择性的新型全光纤线性光学器件——光子灯笼，以综合单模光纤系统与多模光纤系统的优势，实现大摸场、高功率条件下的的光纤激光模式控制。

根据结构和功能差异，光子灯笼可分为两种：模式选择光子灯笼(MS-PL)和模组选择光子灯笼(MGS-PL)。模式选择光子灯笼结构固定、制备简单，但在实际系统中，模式选择光子灯笼的输入输出光纤易受弯曲、扭转等环境外力影响造成无法控制和逆转的模式耦合。而模组选择光子灯笼由于其结构对称，光场在锥区中的模式演化过程缓慢且可逆，可视为线性光学器件，因此可以配合控制系统对该类光子灯笼的输入光场组合进行相位、偏振、振幅等因素的控制，抵消环境因素对光场传输的影响，以实现稳定可调的大模场光纤激光输出。

目前，模组选择光子灯笼的制备方案通常是直接将单模光纤进行组束套管，熔融拉锥到与输出光纤尺寸匹配大小进行切割和熔接。这种方案虽然比较简便，但忽略了输入单模光纤芯包比对拉锥过程和模式演化过程的影响，导致拉制出的光纤束锥区存在空气孔且模式演化结果与输出光纤的纤芯模场不匹配，从而引起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，必须选取确定的输入光纤数量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，大大降低了光子灯笼的实用性。

发明内容

针对传统的模组选择光子灯笼制作方案中因忽略输入光纤芯包比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模组选择光子灯笼制备方法，能够根据任意输出光纤尺寸来制作任意输入光纤组束模组选择光子灯笼的一种方案，以此降低器件的信号插入损耗并且保持其模式演化特性，进而实现更高功率、更大模场的、模式稳定可控的光纤激光输出。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

基于套管法的模组选择光子灯笼制备方法，包括：

采用单模光纤作为输入光纤，将各输入光纤的第一端均剥离一定长度的涂覆层后再插入到氢氟酸溶液对其包层进行腐蚀，使其芯包比达到设定的尺寸；

将所有输入光纤按对称的几何排布，利用套管法组束形成输入光纤束，在满足绝热近似的条件下对输入光纤束进行熔融拉锥，使输入光纤束在高温下熔紧并按比例缩小到与输出光纤匹配的尺寸；

将熔融拉锥后的输入光纤束的端面切割平整后与输出光纤进行低损耗熔接，即可，其中输出光纤为多模光纤。