準(zhǔn)分布式光纖合束器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖合束器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖合束器是光纖激光器和光纖放大器中的主要部件之一，它將多路泵浦激光功率耦合至無源雙包層光纖的內(nèi)包層，然后與有源雙包層光纖熔接，經(jīng)過內(nèi)包層的多次反射進(jìn)入摻雜纖芯被吸收，從而對信號光產(chǎn)生放大作用。光纖合束器在光纖激光器等系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是光纖激光器的最大輸出功率的受限因素之一，開發(fā)大功率光纖合束器能積極有效地促進(jìn)大功率光纖激光器，包括大功率連續(xù)光纖激光器、大功率準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器、脈沖光纖激光器等的發(fā)展。
[0003]目前的光纖合束器主要是將N個光纖通過熔融拉錐工藝形成一個多芯復(fù)合光纖，然后和另一端擴(kuò)束的雙包層光纖對接熔合；或者將N個光纖在雙包層信號光纖的側(cè)面進(jìn)行側(cè)面熔合。這樣的方法都會造成在耦合熔接點過于集中、周圍光功率和發(fā)熱的空間密度過大，使該區(qū)域容易發(fā)生熱量積累和溫度升高，在該區(qū)域容易造成器件的損傷和損壞。這些傳統(tǒng)的合束器結(jié)構(gòu)的制造工藝和實際使用都受到了巨大的考驗。隨著大功率光纖激光器功率水平的進(jìn)一步提高，急需開發(fā)一種能夠減輕光功率和發(fā)熱空間密度過大問題的新型光纖合束器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種基于準(zhǔn)分布式多點耦合接入的、適用于大功率光纖激光器的能夠很有效地緩解光功率和發(fā)熱空間密度過大的弱點，具有更好的穩(wěn)定性和長期可靠性的新型光纖合束器。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種準(zhǔn)分布式光纖合束器，其包括一根信號光纖以及多根泵浦光纖，每根所述的泵浦光纖均熔接于所述的信號光纖上并在二者相熔接處形成熔合面，各個所述的熔合面的中心分散分布于所述的信號光纖的外表面展開所形成的(Θ，z)平面上的[0-Φ] X [0-L]區(qū)域內(nèi)，所述的(Θ，z)平面中，縱軸Θ對應(yīng)于所述的信號光纖的圓周上的圓周角度，橫軸z對應(yīng)于所述的信號光纖的軸向。
[0007]所述的L的數(shù)值在5_30mm范圍內(nèi)。
[0008]所述的Φ的數(shù)值在180-360°范圍內(nèi)。
[0009]所述的信號光纖為纖芯直徑20-30 μ m、內(nèi)包層直徑200-400 μ m的無摻雜無源雙包層光纖。
[0010]所述的泵浦光纖為纖芯直徑為105 μπκ包層直徑125 μm的泵浦激光傳輸光纖。
[0011]所述的準(zhǔn)分布式光纖合束器還包括光纖的固定及封裝結(jié)構(gòu)件。
[0012]所述的光纖的固定及封裝結(jié)構(gòu)件包括其中設(shè)置有所述的信號光纖和所述的泵浦光纖的金屬外殼、填充于所述的金屬外殼與所述的信號光纖和所述的泵浦光纖之間的高導(dǎo)熱材料。
[0013]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:本實用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器采用多個耦合功率接入點，分散了光功率的空間密度，從而:
[0014]1、克服了光功率過于集中的問題；
[0015]2、結(jié)構(gòu)具有可擴(kuò)展性(scalability)，在保持基本結(jié)構(gòu)和制作工藝方法不變的條件下，泵浦光纖的分支數(shù)目可以從2個到50個，甚至更多。相同的結(jié)構(gòu)和工藝方法可以兼容不同規(guī)格的光纖合束器器件；
[0016]3、可允許部分泵浦接入分支有損傷，只需要放棄有損傷的分支，其它分支仍然可以使用，避免了其它結(jié)構(gòu)的光纖合束器中一個分支有瑕疵將導(dǎo)致整個器件失效的問題，提高了器件的茁壯性；
[0017]4、主信號光纖是光學(xué)連貫的，沒有切斷點和光學(xué)不連續(xù)點，從而使信號光的損耗、散射、反射等不良因素均得到抑制；
[0018]5、該器件封裝的散熱條件得到改善；
[0019]6、工作穩(wěn)定性和長期可靠性得到提高；
[0020]7、在相同的工作條件下，器件壽命得到延長；
[0021]8、器件的材料成本和制作工藝成本較低。
【附圖說明】
[0022]附圖1為本實用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖2為本實用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖3為本實用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器具有不同接入分支數(shù)的示意圖:a)接入四根泵浦光纖山)接入六根泵浦光纖；c)接入八根泵浦光纖。其中虛線表示，泵浦光纖在信號光纖的背面。
[0025]附圖4為本實用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器的制造工藝流程示意圖。
[0026]附圖5為本實用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器的第一種應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]附圖6為本實用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器的第二種應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖7為本實用新型的信號光纖周圍的(θ，ζ)平面及熔接點空間分布的示意圖。
[0029]以上附圖中:11、泵浦光纖；12、信號光纖；31、端面光功率吸收器；32、前端光纖光柵；33、泵浦激光器；34、本實用新型的光纖合束器；35、雙包層摻雜光纖；36、后端光纖光柵；37、光隔離器和準(zhǔn)直器；41、小功率種子激光器；51、泵浦分支數(shù)目為4的光纖合束器；52、泵浦分支數(shù)目為6的光纖合束器；53、泵浦分支數(shù)目為8的光纖合束器；71、熔接面中心點在(θ，ζ)平面上的位置。
[0030]注:以上附圖非按比例繪制，不用于測繪度量。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖所示的實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述。
[0032]實施例一:如附圖1和附圖2所不，一種準(zhǔn)分布式光纖合束器34，其主要結(jié)構(gòu)包括一根采用無摻雜無源雙包層光纖的信號光纖12以及多根采用泵浦激光傳輸?shù)谋闷止饫w11，其中，信號光纖12的纖芯直徑為20 μπι(取值范圍可為20-30 μπι)、內(nèi)包層直徑為250 μ m (取值范圍可為200-400 μ m)、外包層直徑為400 μ m，其為無源雙包層(DCF)光纖，泵浦光纖11的纖芯直徑為105 μπκ包層直徑為125 μπκ數(shù)值孔徑為0.15，其為無源光纖。每根泵浦光纖11均從側(cè)面熔接于信號光纖12上，從而在二者相熔接處形成熔合面。本實施例中，泵浦光纖11共有6根，把它們兩兩放置為一組，分別對稱地熔接在信號光纖12的不同位置的兩側(cè)，同時它們并不處在同一個平面內(nèi)。更確切地，這些泵浦光纖的熔接點中心在信號光纖12的外表面展開所形成的(θ，ζ)平面上的坐標(biāo)分別為:(5mm, 0° )、(5mm, 180° )、(11mm, 90° ), (11mm, 270° )、(17mm，0° )、(17mm, 180。)這 6 個位置上。(θ，ζ)平面中，縱軸Θ對應(yīng)于信號光纖12的圓周上的圓周角度，橫軸ζ對應(yīng)于信號光纖12的軸向。這樣可以將多個泵浦光纖11盡可能地分散，能夠達(dá)到最佳的熱效應(yīng)分散的效果，如附圖3 (b)所示。這樣的排列相對于傳統(tǒng)方法中各個泵浦光纖11沿信號光纖12的圓周呈圓圈設(shè)置或者沿軸向呈線性設(shè)置而言，能夠更進(jìn)一步地降低光功率和發(fā)熱的空間密度。
[0033]除上述信號光纖12和泵浦光纖11以外，準(zhǔn)分布式光纖合束器34還包括光纖的固定及封裝結(jié)構(gòu)件，光纖的固定及封裝結(jié)構(gòu)件包括其中固設(shè)有信號光纖12和泵浦光纖11的金屬外殼、填充于金屬外殼與信號光纖12和泵浦光纖11之間的高導(dǎo)熱材料。金屬外殼用于進(jìn)行散熱和機(jī)械支撐及保護(hù)。
[0034]本實施例中的準(zhǔn)分布式光纖合束器34的制作流程如圖4所示。先將光纖進(jìn)行預(yù)處理準(zhǔn)備:用化學(xué)溶劑去掉信號光纖12的外包層，并將其內(nèi)包層的外表面清理干凈；將多個泵浦光纖11的外部清理干凈，并將它們的一端頭研磨成45度的斜角。然后將多個泵浦光纖11按照兩兩進(jìn)行配對，每次操作一對光纖，將它們與信號光纖12進(jìn)行對準(zhǔn)和局部加熱熔合。采用兩兩配對的方法，是為了讓信號光纖12上的來自兩側(cè)的壓力相互抵消，防止信號光纖12橫向移動。將一對泵浦激光光纖對稱地放置在信號光纖12的兩側(cè)，端面貼在信號光纖12的圓周面上的相應(yīng)位置并調(diào)整角度，使二者基本貼合。用波長10.6 μπι的二氧化碳激光束對泵浦光纖11和信號光纖12的連接點進(jìn)行局部照射加熱，在它們軟化的過程中適當(dāng)?shù)亟o它們施加一定的推力，使得很好地浸潤熔合。在它們浸潤熔合后，略微向后拉動這對泵浦光纖11，使得信號光纖12外表的形變量最小，保持其最佳的光學(xué)連續(xù)性和平滑性。在光纖熔合過程