本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種兼具高合束能力和高光束質(zhì)量、且制作工藝簡單的高模場占空比光纖功率合束器。

背景技術(shù)：
光纖激光器具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長、光束質(zhì)量好、抗干擾能力強等特點，在通信、傳感、機械加工、醫(yī)療、科研以及國防軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。特別是隨著近年來光纖激光器功率水平的飛速發(fā)展，光纖激光器的應(yīng)用范圍也在不斷拓展，受關(guān)注的程度也越來越高。盡管光纖激光器的功率水平有了突飛猛進的發(fā)展，達到了10kW量級，但是，單根光纖激光器的功率水平進一步提升仍有受到泵浦光源的亮度、非線性效應(yīng)等因素的限制。而光纖功率合束器有望為突破這一功率極限提供一種有效的解決方案。光纖功率合束器是一種用于光束合成的光纖器件，它的作用是將多個光纖中傳輸光束合并到同一根輸出光纖的纖芯中。在高功率光纖激光器中，光纖功率合束器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是將多個高功率光纖激光器的輸出光束合并到一根輸出光纖中，從而實現(xiàn)總輸出功率的提升；二是將多個中等功率、高光束質(zhì)量的光纖激光器進行光束合成作為高功率光纖激光器的級聯(lián)泵浦源，從而實現(xiàn)高亮度的泵浦光源。基于光纖功率合束器的應(yīng)用，光纖功率合束器的性能主要體現(xiàn)兩個方面：一是合束能力，即要使盡可能多的光束耦合到輸出光纖的纖芯中；二是合成后光束的光束質(zhì)量，在相同功率水平條件下，光束質(zhì)量越高越好。要提升光纖功率合束器的性能，一個重要的手段就是增加合束器的模場占空比，模場占空比是指在合束位置每一個光束模場直徑與兩個相鄰光束中心距離之比，如果光束約束在纖芯中傳輸(即光束的能量主要約束在纖芯中傳輸)，那么模場占空比近似等于纖芯占空比(纖芯直徑與兩相鄰纖芯中心距離之比)。模場占空比越高，合束器的合束能力越強，對于相同大小的輸出光纖纖芯，能夠耦合進的光束就越多；同時，模場占空比越高，越有利于輸出光纖中低階模式的激發(fā)，從而有利于光束質(zhì)量的提升。現(xiàn)有的光纖合束器均是在光束纖芯傳輸?shù)幕A(chǔ)上構(gòu)建的，因此對于這些合束器來說，模場占空比就是由纖芯占空比決定的，如發(fā)明專利信號光合束器及其制作方法(公開號CN101866032A)，該發(fā)明借助熔融拉錐的方式，將多個光束耦合到同一個纖芯中；但是，由于拉錐過程不能顯著提升纖芯占空比，也就無法顯著提升合束器的模場占空比。為了提升合束器的模場占空比，發(fā)明專利光纖功率合束器及其制備方法(公開號CN102116902A)和發(fā)明專利高光束質(zhì)量信號光光纖合束器及其制作方法(公開號CN102778729A)提供了兩種方案，兩個方案均采用了化學(xué)腐蝕和機械研磨的方式來減小光纖內(nèi)包層的尺寸，提高纖芯占空比，從而提高模場占空比，但這種方法只能使模場占空比提升到0.5，該占空比仍不足以滿足光束質(zhì)量優(yōu)化的要求。為了進一步提升模場占空比，后者提出了利用加熱擴芯的方法，增加合束端纖芯的尺寸，從而增加纖芯占空比和模場占空比。這兩個方案的缺點是光纖預(yù)處理工藝復(fù)雜，制作難度大，特別是內(nèi)包層的化學(xué)腐蝕涉及到強腐蝕液體(如：氟化氫，化學(xué)式：HF)操作，且機械研磨的高精度控制難度很大，同時，加熱括芯最終形態(tài)也很難控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是解決現(xiàn)有方案光纖預(yù)處理工藝復(fù)雜，制作難度大、模場占空比低等問題，提出一種新型光纖功率合束器，該合束器的特點是突破了光場纖芯傳輸?shù)睦砟?，在纖芯占空比無顯著增加的條件下，實現(xiàn)了模場占空比的提升，無需內(nèi)包層腐蝕、機械研磨、加熱擴芯等程序，只需要熔融拉錐過程，即可以完成合束器的制作。這里所述纖芯占空比無顯著增加，是指除由于熔融拉錐過程導(dǎo)致的纖芯占空比變化外，無其它方法提升纖芯占空比。為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明新型光纖功率合束器是一種高模場占空比光纖功率合束器，該合束器包括n根輸入光纖、一個光纖合束部和一根輸出光纖。n根輸入光纖的一端均與光纖合束部的一端相連，光纖合束部的另一端與輸出光纖相連。n為自然數(shù)，且n大于或等于2。n根輸入光纖具有相同的特性參數(shù)，特性參數(shù)包括：纖芯直徑、纖芯包層比、纖芯數(shù)值孔徑。輸入光纖是單包層光纖或雙包層光纖。若輸入光纖是單包層光纖，其連接端應(yīng)去掉光纖的涂敷層，保留光纖纖芯和包層；若輸入光纖為雙包層光纖，其連接端應(yīng)去掉光纖的外包層，保留光纖的纖芯和內(nèi)包層。在下面的描述中，單包層光纖的包層和雙包層光纖的內(nèi)包層(不含外包層)統(tǒng)一用“包層”來表述。n根輸入光纖排列方式不限，但應(yīng)保證緊密、均勻。優(yōu)選地，n根輸入光纖排列所對應(yīng)的橫截面外接圓(即可以包含所有光纖橫截面的最小的圓)的直徑最小，如：當輸入光纖的數(shù)量n＝3時，優(yōu)選品字型的排列結(jié)構(gòu)；當輸入光纖的數(shù)量n＝6m+1(m為自然數(shù))時，優(yōu)選排列結(jié)構(gòu)為：任意相鄰三個光纖中心連線均為等邊三角形。光纖合束部是由n根光纖經(jīng)熔融拉錐形成的光纖拉錐束，光纖合束部的n根光纖結(jié)構(gòu)相同，與n根輸入光纖具有相同的包層和纖芯直徑以及相同的排列方式，且與輸入光纖纖芯對準連接。通過熔融拉錐過程，光纖合束部中的n根光纖形成一個整體，并且，從與輸入光纖相連的一端向與輸出光纖相連的另一端，橫截面逐漸減小，呈近似錐形結(jié)構(gòu)。隨著橫截面的減小，光纖合束器中的纖芯和包層的直徑也逐漸變小，但纖芯占空比不變(這里忽略n根光纖熔融成為一個整體時對纖芯占空比的影響)。優(yōu)選地，n根輸入光纖與光纖合束部一體熔融拉錐完...