[发明专利]一种光纤合束分束器

说明书

本发明涉及一种光纤合束分束器，属于激光器技术领域，所述光纤合束分束器采用型结构，其在应用效果上是将根输入光纤中的激光合成后分配到根输出光纤中，等效于使用个型结构光纤合束器，其中，为输入光纤数量，为输出光纤数量，其光学结构为一体化结构，充分利用了根输入光纤组成的光纤束横截面上外圈相比内圈能容纳更多光纤数量的特点，使相比于型结构光纤合束器，光纤的等效拉锥比得以降低，本发明既有助于减少激光器中光学器件的数量，简化激光器的布局、排线和集成，又有助于激光器小型化和轻量化，同时，采用型结构，能够降低光纤的拉锥比例，有效提升合成效率，减少热负载，抑制温升速率。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，具体地说涉及一种光纤合束分束器。

背景技术

光纤激光器普遍采用激光二极管作为泵浦源。为提高激光功率，一般使用泵浦合束器件将多个激光二极管出射的泵浦光合成注入到光纤激光器的增益光纤中。对于全纤化激光器来说，此类泵浦合束器件即为光纤泵浦合束器（US 2018/0102623 A1），其型结构——N根泵浦纤输入、1根光纤输出，能够直接叠加最多N个泵浦源中的泵浦光到同一根光纤中，如图1所示。光纤合束器是在熔融拉锥光纤束的基础上制备的光纤器件，将一束光纤剥去涂覆层，然后以一定方式排列在一起，在高温中加热使之熔化，同时拉伸光纤束，光纤加热区域熔融成为熔锥光纤束，如申请号为CN201811150456.0，名称为光纤合束器制备方法及光纤合束器。

对于MOPA构型的光纤激光器以及反向泵或双向泵光纤激光器，不仅要求泵浦合束器能够叠加泵浦源，还需要其能够直通传输信号激光，这种情况下泵浦合束器采用型结构，表示N根泵浦纤围绕1根信号纤的横截面分布，将N路泵浦光与1路信号光集成到同一根光纤中，因此也通常被称为泵浦信号集束器，如图2所示。目前，由于泵浦信号集束器工艺复杂，其结构多为和，N数值难以做到18以上。因此，为进一步提升泵浦光功率，光纤激光器通常采用泵浦合束器-集束器级联结构，如图3所示，通过级联N₂个泵浦合束器能够叠加个激光二极管。

发明内容

发明人对现有的泵浦合束器-集束器级联结构进行反复研究，发现其存在两方面问题：一是使用器件的数量较多，总共需要个合束/集束器，既增加了光纤激光器的布局、排线和集成的复杂度，又违背了光纤激光器小型化轻量化的发展趋势。二是对泵浦光纤的拉锥比例较大，使泵浦光的亮度守恒条件（，其中，为输入激光的数值孔径，为输出光纤的数值孔径，TR为合束/集束器的拉锥比例）趋近临界或难以保持，泵浦光损耗较高，合束/集束器的输出光纤发热严重。

具体的，以目前科研和工业用激光器常用的泵浦合束器级联泵浦信号集束器结构为例：合束器的输入光纤直径为125μm，输出光纤的通光口径为220μm，数值孔径为0.22，合束器的拉锥比为。若连接现在通用的百瓦功率激光二极管（其激光数值孔径一般为0.15），经过合束器锥区后，激光数值孔径变为，超出了合束器输出光纤数值孔径的限制，使合成损耗高达数个百分点甚至十个百分点，泵浦合束器热负载极高，输出光纤发热严重，甚至还会影响到后级级联的集束器的合成效率，加重后级集束器的热负载。

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种光纤合束分束器，能够大幅降低光纤拉锥比，降低损耗。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光纤合束分束器，采用型结构，其在应用效果上是将P根输入光纤中的激光合成后分配到M根输出光纤中，P表示输入光纤的数量，M表示输出光纤的数量，其等效于M个型结构光纤合束器，具备根输入光纤、M根输出光纤，表示输入光纤的数量，M表示输出光纤的数量，P₁表示型结构光纤合束器输入光纤的数量，其中，，通过利用根输入光纤组成的光纤束横截面上外圈相比内圈能容纳更多光纤数量的特点，相比于型结构光纤合束器，光纤的等效拉锥比得以降低，合成效率得以提升。