大功率光纖頭、準(zhǔn)直器、隔離器及頻域合束器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖無源器件，特別是一組大功率光纖無源器件，包括大功率光纖頭、大功率光纖準(zhǔn)直器、大功率光纖隔離器及大功率頻域合束器，可廣泛應(yīng)用于大功率光纖激光器、光纖放大器及半導(dǎo)體直接耦合光纖激光器的制造中。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率光無源器件除了承載的光功率高外，在功能上與低功率器件完全相同。大功率光無源器件主要包括大功率光纖頭、大功率光纖準(zhǔn)直器、大功率光纖隔離器和大功率光纖頻域合束器。大功率光纖頭是指能承受高功率的光纖輸出頭。大功率光纖準(zhǔn)直器是將光纖中傳輸?shù)墓庾優(yōu)樽杂煽臻g中傳輸?shù)钠叫泄獾钠骷４蠊β矢綦x器是只允許光纖中傳輸?shù)拇蠊β使庀蛞粋€(gè)方向傳輸?shù)钠骷?。大功率頻域合束器是將不同波長(zhǎng)的大功率光合成到一根光纖中的器件。
[0003]盡管光纖的閾值功率強(qiáng)度很高，但光纖端面與空氣界面處的閾值功率強(qiáng)度要低的多，因此在大功率光纖無源器件中，光纖的端面最容易損傷。隨著光纖放大器、光纖激光器和半導(dǎo)體直接耦合光纖激光器功率的不斷增加，在大功率光纖無源器件的制造中，光纖端面的鍍膜技術(shù)越來越難以達(dá)到器件的功率密度要求，因此，從某種意義上講，大功率無源器件技術(shù)的核心是解決光纖端面損傷問題。
[0004]目前，為了減低大功率光纖端面的損傷，通常在光纖的端面焊接一段無芯或大芯徑光纖，通過擴(kuò)束來減低光纖的端面上的功率密度，這段無芯或大芯徑光纖被稱為光纖端帽。光纖端面經(jīng)光纖端帽處理后可以承受較大的光功率，采用這種被光纖端帽處理的光纖頭制造的準(zhǔn)直器、隔離器及頻域合束器可以在一定的功率范圍內(nèi)工作，但制造時(shí)需要專業(yè)設(shè)備，且制造難度大。隨著光功率的增加，光纖端部的溫度會(huì)大幅增加，仍然不能從根本上解決光纖端面的損傷問題，會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的光纖端面、準(zhǔn)直器、隔離器和頻域合束器損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的主要是提供一種能解決光纖端面高功率損傷的光纖端面處理方案，及基于該方案的大功率光纖頭、大功率光纖準(zhǔn)直器、大功率光纖隔離器及大功率光纖頻域合束器，同時(shí)，降低這些器件的制造成本。
[0006]本發(fā)明的光纖頭的技術(shù)方案概括如下:
[0007]大功率光纖頭由N(N大于等于I)根光纖、玻璃板、殼體、匹配液及匹配液循環(huán)裝置組成，其中:N根光纖端部光軸平行地粘接在一起，并穿過殼體上的孔密封設(shè)置在殼體上，N根光纖端面被磨成平面，且平面法線與光纖軸線成一定夾角；玻璃板密封固定在殼體上與光纖光軸相交區(qū)域處設(shè)置的一個(gè)孔上；匹配液設(shè)置在殼體內(nèi)光纖端部和玻璃板之間的區(qū)域；匹配液循環(huán)裝置內(nèi)部裝有匹配液，位于殼體外部，它通過殼體上靠近匹配液設(shè)置區(qū)域設(shè)置的孔與殼體內(nèi)部的匹配液進(jìn)行循環(huán)。
[0008]本發(fā)明的第一種大功率光纖準(zhǔn)直器的技術(shù)方案概括如下:
[0009]大功率光纖準(zhǔn)直器由N(N大于等于I)根光纖、玻璃板、殼體、匹配液、匹配液循環(huán)裝置及透鏡組成，其中:N根光纖端部光軸平行地粘接在一起，并穿過殼體上的孔密封設(shè)置在殼體上，N根光纖端面被磨成平面，且平面法線與光纖軸線成一定夾角；玻璃板密封固定在殼體上與光纖光軸相交區(qū)域處設(shè)置的一個(gè)孔上；匹配液設(shè)置在殼體內(nèi)光纖端部和玻璃板之間的區(qū)域；匹配液循環(huán)裝置內(nèi)部裝有匹配液，位于殼體外部，它通過殼體上靠近匹配液設(shè)置區(qū)域設(shè)置的孔與殼體內(nèi)部的匹配液進(jìn)行循環(huán)；透鏡設(shè)置在殼體外靠近玻璃板的地方，將每根光纖發(fā)出的、通過匹配液射出玻璃板的光變成平行光，或者，將平行光變?yōu)閰R聚光透過玻璃和匹配液耦合進(jìn)相應(yīng)光纖中。
[0010]本發(fā)明的第二種大功率光纖準(zhǔn)直器的技術(shù)方案概括如下:
[0011]大功率光纖準(zhǔn)直器由N(N大于等于I)根光纖、透鏡、殼體、匹配液及匹配液循環(huán)裝置組成，其中:N根光纖端部光軸平行地粘接在一起，并穿過殼體上的孔密封設(shè)置在殼體上，N根光纖端面被磨成平面，且平面法線與光纖軸線成一定夾角；透鏡密封固定在殼體上與光纖光軸相交區(qū)域處設(shè)置的一個(gè)孔上；匹配液設(shè)置在殼體內(nèi)光纖端部和透鏡之間的區(qū)域；匹配液循環(huán)裝置內(nèi)部裝有匹配液，位于殼體外部，它通過殼體上靠近匹配液設(shè)置區(qū)域設(shè)置的孔與殼體內(nèi)部的匹配液進(jìn)行循環(huán)；由每根光纖輸出的光通過匹配液和透鏡后以平行光的形式輸出到自由空間中，或者，來自自由空間的平行光由透鏡通過匹配液耦合到相應(yīng)的光纖中。
[0012]本發(fā)明基于第一種大功率光纖準(zhǔn)直器的大功率光纖隔離器的技術(shù)方案概括如下:
[0013]大功率光纖隔離器由一個(gè)輸入大功率準(zhǔn)直器、一個(gè)隔離體和一個(gè)輸出大功率準(zhǔn)直器組成，其中:隔離體位于大功率輸入準(zhǔn)直器和大功率輸出準(zhǔn)直器之間，輸入大功率準(zhǔn)直器光纖發(fā)出的光通過隔離體后耦合到輸出大功率準(zhǔn)直器的光纖中。
[0014]本發(fā)明基于第一種大功率光纖準(zhǔn)直器的第一種大功率光纖頻域合束器的技術(shù)方案概括如下:
[0015]大功率光纖頻域合束器，由N (N大于等于2)個(gè)輸入單尾纖準(zhǔn)直器、(N-1)個(gè)濾波片和I個(gè)輸出單尾纖準(zhǔn)直器組成，其中:N個(gè)輸入單尾纖大功率準(zhǔn)直器分別輸出N個(gè)不同波長(zhǎng)的準(zhǔn)直光λρ λ2.....λ Ν，第一個(gè)單尾纖大功率準(zhǔn)直器和第二個(gè)單尾纖大功率準(zhǔn)直器發(fā)出的光傳輸方向成一定夾角，在兩束光的交會(huì)處設(shè)置第一個(gè)濾波片，該濾波片使波長(zhǎng)X1的光透身寸，使入2的光反射并合成為光束繼續(xù)沿λ工的方向傳輸；在該光束與第三個(gè)單尾纖準(zhǔn)直器發(fā)出的光λ 3的交會(huì)處設(shè)置第二個(gè)濾波片，該濾波片使光束(λ1+λ2)透射，使λ 3反射，并將兩束光合成為光束(λ 1+ λ 2+ λ 3)，以此類推，由第(N-1)個(gè)濾波片輸出的光為(λ片λ 2+...+ λ N)，其傳播方向與λ I的方向相同，該光束經(jīng)輸出單尾纖大功率準(zhǔn)直器耦合到輸出準(zhǔn)直器的光纖中，實(shí)現(xiàn)頻域合束。
[0016]本發(fā)明基于第一種大功率光纖準(zhǔn)直器的第二種大功率光纖頻域合束器的技術(shù)方案概括如下:
[0017]大功率光纖頻域合束器由Ν(Ν大于等于2)根尾纖輸入大功率準(zhǔn)直器、衍射光柵和單尾纖輸出大功率準(zhǔn)直器組成，其中:由N根尾纖輸入大功率準(zhǔn)直器發(fā)出的N個(gè)不同波長(zhǎng)的且有一定夾角的平行光照射在衍射光柵上，由衍射光柵衍射后合為一束平行光，耦合到單根尾纖輸出大功率準(zhǔn)直器中。
[0018]本發(fā)明基于第一種大功率光纖準(zhǔn)直器的第三種大功率光纖頻域合束器的技術(shù)方案概括如下:
[0019]大功率光纖頻域合束器由雙尾纖大功率準(zhǔn)直器、濾波片及單尾纖大功率準(zhǔn)直器組成，其中:雙尾纖大功率準(zhǔn)直器、濾波片及單尾纖大功率準(zhǔn)直器依次設(shè)置；雙尾纖大功率準(zhǔn)直器中的一根光纖為入射光纖，另一根光纖為出射光纖，由入射光纖發(fā)出的某一波長(zhǎng)的平行光照射到濾波片上，被反射后耦合到該雙尾纖大功率準(zhǔn)直器中的輸出光纖中；由單尾纖大功率準(zhǔn)直器輸出的另一波長(zhǎng)的平行光照射到濾波片上，透射后耦合到雙尾纖大功率準(zhǔn)直器的出射光纖中。
[0020]本發(fā)明基于第二種大功率光纖準(zhǔn)直器的大功率光纖隔離器的技術(shù)方案概括如下:
[0021 ] 大功率光纖隔離器由一個(gè)輸入大功率準(zhǔn)直器、一個(gè)隔離體和一個(gè)輸出大功率準(zhǔn)直器組成，其中:隔離體位于大功率輸入準(zhǔn)直器和大功率輸出準(zhǔn)直器之間，輸入大功率準(zhǔn)直器光纖發(fā)出的光通過隔離體后耦合到輸出大功率準(zhǔn)直器的光纖中。
[0022]本發(fā)明基于第二種大功率光纖準(zhǔn)直器的第一種大功率光纖頻域合束器的技術(shù)方案概括如下:
[0023]大功率光纖頻域合束器，由N (N大于等于2)個(gè)輸入單尾纖準(zhǔn)直器、(N-1)個(gè)濾波片和I個(gè)輸出單尾纖準(zhǔn)直器組成，其中:N個(gè)輸入單尾纖大功率準(zhǔn)直器分別輸出N個(gè)不同波長(zhǎng)的準(zhǔn)直光λρ λ2.....λ Ν，第一個(gè)單尾纖大功率準(zhǔn)直器和第二個(gè)單尾纖大功率準(zhǔn)直器發(fā)出的光傳輸