專利名稱：多模多光纖功率耦合器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多模多光纖功率耦合器及其制備方法，屬于激光多光束整形及耦合技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前制備光纖合束器有多根光纖組成。它是將多個低功率半導體激光器的輸出光分別耦合入光纖合束器的每根光纖，然后將這些光纖集束在一起輸出，這樣就可以獲得較大的功率輸出。但這種方法獲得的輸出光仍是多個光束的集合，只是多根光纖簡單的集合在一起，這種方法獲得的激光光束輸出光斑大，功率密度小。在應(yīng)用中必須采用另外的光學系統(tǒng)來減小光斑尺寸，增加功率密度，但采用另外的光學系統(tǒng)會降低系統(tǒng)的可靠性、增加系統(tǒng)的復(fù)雜性、同時也會降低激光功率效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了上述缺陷，提供了一種多模多光纖功率耦合器及其制備方法，本耦合器具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。
為了達到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。一種多模多光纖功率耦合器，本裝置主要包括有套筒4，套管A3、輸入多模光纖束9、套管B7、球透鏡1、自聚焦透鏡2、輸出端多模光纖6，其中，在套筒4的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有套管B7、套管A3，在套管B7的內(nèi)部設(shè)置有輸入端光纖束套芯8，在輸入光纖束套芯8的內(nèi)部設(shè)置有輸入多模光纖束9，輸入多模光纖束9、輸入端光纖束套芯8和套管B7的右端面在同一平面上；在套管A3的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有球透鏡1、自聚焦透鏡2、輸出端光纖束套芯5，在輸出端光纖束套芯5的內(nèi)部設(shè)置有輸出端多模光纖6，輸出端光纖束套芯5和輸出端多模光纖6的左端面與球透鏡1的焦點在同一平面上，球透鏡1與套管B7的右端面緊密接觸。
下面提供了一種多模多光纖功率耦合器的制備方法，該方法是按以下步驟實現(xiàn)的1)將輸入多模光纖束9中每根光纖的前端去除外覆層，切平，將輸入多模光纖束9插入輸入端光纖束套芯8中并與輸入端光纖束套芯8固定，制成多光纖接頭；2)將多光纖接頭插入套管B7中并與套管B7固定，制成多光纖套管，在研磨機上將多光纖套管前端面拋光；3)將輸出端多模光纖6前端的光纖去除外覆層，切平，再將輸出端多模光纖6插入輸出端多模光纖套芯5中并與輸出端多模光纖套芯5固定，制成單光纖接頭，在拋光機上研磨拋光端面；4)將單光纖接頭的拋光的一端從套管A3的一端插入，將自聚焦透鏡2和球透鏡1依次從套管A3的另一端插入，自聚焦透鏡2的前端與單光纖接頭的拋光面緊密接觸，單光纖接頭的拋光面與球透鏡1的焦點在同一平面上，球透鏡1略陷入套管A3，將球透鏡1、自聚焦透鏡2和單光纖接頭一起固定在套管A3中；5)將套管A3的球透鏡端面在拋光機上研磨拋光，直到剛好露出球透鏡，制成單光纖耦合套管；6)將步驟2中的多光纖套管和步驟5中的單光纖耦合套管分別擰進套筒4，并且兩個套管的拋光面相接觸，同時用一定功率的光輸入到輸入多模光纖束9中，從輸出端多模光纖6的輸出光纖檢測輸出功率大小，調(diào)整套筒4內(nèi)多光纖套管和單光纖耦合套管之間的距離，當獲得最大的通光功率效率時，將其與套筒4固定。
本發(fā)明工作時，從激光器輸出的激光耦合進入輸入多模光纖束9，輸入多模光纖束9輸出的激光經(jīng)球透鏡1被準直后進入自聚焦透鏡2，經(jīng)聚焦進入輸出端多模光纖6輸出。
本發(fā)明借助于球透鏡1和自聚焦透鏡2的光束聚焦獲得了一種高效、緊湊的多模多光纖功率耦合器，器件通過集成封裝獲得了單光纖高功率密度輸出，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，輸出光束更加集中，提高了器件性能的可靠性和穩(wěn)定性。采用本發(fā)明制作的多模多光纖功率耦合器對于提高激光輸出光束特性極為有利，也提供了一種提高功率輸出的簡便方法。本發(fā)明制作一種簡便的封裝器件，可以將多個激光器的輸出光通過單根光纖高效率輸出。這種器件也可以應(yīng)用于泵浦高功率光纖激光器。本發(fā)明的耦合效率可達90％以上。
圖1多模多光纖功率耦合器結(jié)構(gòu)示意2多模多光纖功率耦合器部分結(jié)構(gòu)示意3多模多光纖功率耦合器部分結(jié)構(gòu)示意中1、球透鏡，2、自聚焦透鏡，3、套管A，4、套筒，5、輸出端光纖束套芯，6、輸出端多模光纖，7、套管B，8、輸入端光纖束套芯，9、輸入多模光纖束。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖1～3和具體實施例詳細描述本發(fā)明。
本實施例主要包括有套筒4，套管A3、輸入多模光纖束9、套管B7、球透鏡1、自聚焦透鏡2、輸出端多模光纖6，其中，在套筒4的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有套管B7、套管A3，在套管B7的內(nèi)部設(shè)置有輸入端光纖束套芯8，在輸入光纖束套芯8的內(nèi)部設(shè)置有輸入多模光纖束9，輸入多模光纖束9、輸入端光纖束套芯8和套管B7的右端面在同一平面上；在套管A3的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有球透鏡1、自聚焦透鏡2、輸出端光纖束套芯5，在輸出端光纖束套芯5的內(nèi)部設(shè)置有輸出端多模光纖6，輸出端光纖束套芯5和輸出端多模光纖6的左端面在同一平面上，球透鏡1與套管B7的右端面緊密接觸。
本實施例是按如下方法制備的1)輸入多模光纖束9采用石英材料制成多模光纖，多模光纖可選取七根纖芯，多模光纖的石英材料纖芯直徑可選取為200μm，包層直徑210μm，多模光纖的數(shù)值孔徑可選取為0.16。
2)將步驟1)的輸入多模光纖束9每根光纖前端21mm長的光纖去除外覆層，切平；輸入端光纖束套芯8采用內(nèi)徑為630um，外徑為2.5mm，長度為20mm的氧化鋯材料制作；將輸入多模光纖束9插入輸入端光纖束套芯8中，用353ND熱固化膠將輸入多模光纖束9和輸入端光纖束套芯8固定，制成多光纖接頭。固化時間為10分鐘，固化溫度100度。
3)套管B7采用一段長度為18mm的銅套管，內(nèi)徑為2.5mm，外徑為8mm，在其外部套上細螺紋，螺距0.5mm，偏心度小于1‰。然后將步驟2)中多光纖接頭插入套管B7中，用熱固化膠加熱固定，制成多光纖套管，在研磨機上將多光纖套管前端面拋光。如圖2所示。
4)輸出端多模光纖6選取一根石英材料制成多模光纖，多模光纖的石英材料纖芯直徑可選取為400μm，包層直徑220μm，多模光纖的數(shù)值孔徑可選取為0.22。
5)將步驟4)中的輸出端多模光纖6前端21mm長的光纖去除外覆層，切平；輸出端多模光纖套芯5采用內(nèi)徑為420um，外徑為2.5mm，長度為20mm的氧化鋯材料制作；將輸出端多模光纖6插入輸出端多模光纖套芯5中，用353ND熱固化膠將輸出端多模光纖6和輸出端多模光纖套芯5固定，制成單光纖接頭，在拋光機上研磨拋光端面。
6)球透鏡1采用K9玻璃材料，球透鏡1的直徑為2.5mm，表面鍍單層增透膜，材料為MgF2。
7)自聚焦透鏡2采用一1/4節(jié)距自聚焦透鏡，自聚焦透鏡2的直徑為2.5mm，數(shù)值孔徑NA為0.22，長度為5mm，工作距離0.25mm。自聚焦透鏡2的前后端面上鍍單層增透膜，材料為MgF2。
8)套管A3采用一段長度為18mm的銅套管，內(nèi)徑為2.5mm，外徑為8mm，在其外部套上細螺紋，螺距0.5mm，偏心度小于1‰，套管內(nèi)部填充固化膠，將5)中的單光纖接頭的拋光的一端從套管A3的一端插入，將步驟7)中的自聚焦透鏡2和步驟6)中的球透鏡1依次從套管A3的另一端插入，自聚焦透鏡2的前端與單光纖接頭的拋光面緊密接觸。單光纖接頭的拋光面與球透鏡1的焦點在同一平面上。球透鏡1略陷入套管A3，對套管A3加熱將球透鏡1、自聚焦透鏡2和單光纖接頭一起固定在套管A3中。將套管A3的球透鏡端面在拋光機上研磨拋光，直到剛好露出球透鏡，制成單光纖耦合套管。結(jié)構(gòu)形狀如圖3所示。
9)套筒4選取長度為30mm的銅材料套筒，內(nèi)徑為8mm，外徑為10mm，內(nèi)部套螺紋，螺距0.5mm，偏心度小于1‰。內(nèi)部用壓力填入熱固化膠，避免存在空氣。將3)中的多光纖套管和8)中的單光纖耦合套管分別擰進套筒4，并且兩套管的拋光面相接觸，同時用一定功率的光輸入到輸入多模光纖束9中，從輸出端多模光纖6的輸出光纖檢測輸出功率大小，調(diào)整套筒4內(nèi)多光纖套管和單光纖耦合套管之間的距離，當獲得最大的通光功率效率時，加熱固定。
本實施例借助于球透鏡1和自聚焦透鏡2的光束聚焦以及螺紋的精細位置調(diào)整獲得了一種高效、緊湊的多模多光纖功率耦合器，上述實施例中所選擇的參數(shù)都可以根據(jù)實際使用要求來選擇。
權(quán)利要求
1.一種多模多光纖功率耦合器，其特征在于主要包括有套筒(4)，套管(A3)、輸入多模光纖束(9)、套管(B7)、球透鏡(1)、自聚焦透鏡(2)、輸出端多模光纖(6)，其中，在套筒(4)的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有套管(B7)、套管(A3)，在套管(B7)的內(nèi)部設(shè)置有輸入端光纖束套芯(8)，在輸入光纖束套芯(8)的內(nèi)部設(shè)置有輸入多模光纖束(9)，輸入多模光纖束(9)、輸入端光纖束套芯(8)和套管(B7)的右端面在同一平面上；在套管(A3)的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有球透鏡(1)、自聚焦透鏡(2)、輸出端光纖束套芯(5)，在輸出端光纖束套芯(5)的內(nèi)部設(shè)置有輸出端多模光纖(6)，輸出端光纖束套芯(5)和輸出端多模光纖(6)的左端面與球透鏡(1)的焦點在同一平面上，球透鏡(1)與套管(B7)的右端面緊密接觸。
2.權(quán)利要求1中的一種多模多光纖功率耦合器的制備方法，其特征在于，該方法是按以下步驟實現(xiàn)的1)將輸入多模光纖束(9)中每根光纖的前端去除外覆層，切平，將輸入多模光纖束(9)插入輸入端光纖束套芯(8)中并與輸入端光纖束套芯(8)固定，制成多光纖接頭；2)將多光纖接頭插入套管(B7)中并與套管(B7)固定，制成多光纖套管，在研磨機上將多光纖套管前端面拋光；3)將輸出端多模光纖(6)前端的光纖去除外覆層，切平，再將輸出端多模光纖(6)插入輸出端多模光纖套芯(5)中并與輸出端多模光纖套芯(5)固定，制成單光纖接頭，在拋光機上研磨拋光端面；4)將單光纖接頭的拋光的一端從套管(A3)的一端插入，將自聚焦透鏡(2)和球透鏡(1)依次從套管(A3)的另一端插入，自聚焦透鏡(2)的前端與單光纖接頭的拋光面緊密接觸，單光纖接頭的拋光面與球透鏡(1)的焦點在同一平面上，球透鏡(1)略陷入套管(A3)，將球透鏡(1)、自聚焦透鏡(2)和單光纖接頭一起固定在套管(A3)中；5)將套管(A3)的球透鏡端面在拋光機上研磨拋光，直到剛好露出球透鏡(1)，制成單光纖耦合套管；6)將步驟2中的多光纖套管和步驟5中的單光纖耦合套管分別擰進套筒(4)，并且兩個套管的拋光面相接觸，同時用一定功率的光輸入到輸入多模光纖束(9)中，從輸出端多模光纖(6)的輸出光纖檢測輸出功率大小，調(diào)整套筒(4)內(nèi)多光纖套管和單光纖耦合套管之間的距離，當獲得最大的通光功率效率時，將其與套筒(4)固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多模多光纖功率耦合器及其制備方法，屬于激光多光束整形及耦合技術(shù)領(lǐng)域。本耦合器結(jié)構(gòu)為在套筒(4)的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有套管(B7)、套管(A3)，在套管(B7)的內(nèi)部設(shè)置有輸入端光纖束套芯(8)，在輸入光纖束套芯(8)的內(nèi)部設(shè)置有輸入多模光纖束(9)；在套管(A3)的內(nèi)部從左到右依次設(shè)置有球透鏡(1)、自聚焦透鏡(2)、輸出端光纖束套芯(5)，在輸出端光纖束套芯(5)的內(nèi)部設(shè)置有輸出端多模光纖(6)，球透鏡(1)與套管(B7)的右端面緊密接觸，同時本發(fā)明還提供了一種本耦合器的制備方法。本發(fā)明具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，耦合效率可達90％以上。
文檔編號G02B6/24GK1916678SQ20061011304
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者張亮, 王智勇, 左鐵釧 申請人:北京工業(yè)大學