[發(fā)明專利]一種大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器及制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010537142.3
• 申請(qǐng)日: 2010-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102044830A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智勇;潘飛;曹銀花;堯舜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西飛虹激光科技有限公司
• 主分類號(hào): H01S3/091
• 分類號(hào): H01S3/091;G02B6/26
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖側(cè)面耦合器制作方法，屬于光學(xué)與激光光電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光纖激光器具有效率高、穩(wěn)定性好、閾值低、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊體積小和散熱性好等特點(diǎn)，同其它激光系統(tǒng)相比，光纖激光器占有明顯的優(yōu)勢(shì)。自1988年Snitzer等人提出雙包層光纖之后，光纖激光器和放大器獲得了快速發(fā)展。特別是近年來(lái)，隨著泵浦技術(shù)和雙包層光纖制作工藝的發(fā)展，光纖激光器的輸出功率得到顯著的提高，使其在工業(yè)加工、通信行業(yè)、軍事和醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

目前，高功率光纖激光器的實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是如何使增益光纖獲得高的泵浦功率，因此，泵浦耦合方法的改進(jìn)是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前常用的泵浦耦合技術(shù)為端面泵浦和側(cè)面泵浦，側(cè)面泵浦相對(duì)于端面泵浦有更大的泵浦面積，可以在雙包層光纖的多個(gè)不同位置增加泵浦點(diǎn)提高泵浦功率，從理論上講，可以根據(jù)需要增加泵浦激光器的數(shù)量，因此，更容易實(shí)現(xiàn)大功率泵浦光的耦合。端面泵浦方式受限于光纖端面面積，使得光纖端面處的光密度極高，易造成光纖端面損傷。同時(shí)光纖端面接受光斑面積太小，以至于稍微的位置偏移都會(huì)引起耦合效率的急劇下降。

側(cè)面耦合技術(shù)發(fā)展很快，主要有DiGiovanni等人開(kāi)展的熔錐側(cè)面泵浦技術(shù)，L.Goldberg等人開(kāi)展的V型槽耦合泵浦技術(shù)，J.P.Koplow等人開(kāi)展的內(nèi)嵌反射鏡耦合技術(shù)。這些耦合方式均可采用多點(diǎn)陣列式側(cè)面耦合，獲得高的輸出功率。但是，上述側(cè)面耦合方式中的泵浦光纖和雙包層光纖的軸線均處在一個(gè)平面上，在光纖激光器大功率運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，雙包層光纖中的泄露光會(huì)在泵浦點(diǎn)重新回到泵浦光纖，對(duì)泵浦源產(chǎn)生極大的損害，造成光纖激光器的壽命減短。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有泵浦耦合的上述缺陷，提出一種結(jié)構(gòu)更加完善的光纖激光泵浦方法。與現(xiàn)有的側(cè)面泵浦方法相比，本發(fā)明的泵浦結(jié)構(gòu)既可以充分利用泵浦光纖提供的泵浦能量，又能在一定程度上防止信號(hào)光泄露對(duì)泵浦源的損害，提高光纖激光系統(tǒng)的使用壽命，降低成本。

本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)更加完善的光纖激光器側(cè)面耦合器及其制作方法，為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種側(cè)面激光器，包括一根非圓對(duì)稱的雙包層光纖和與其耦合的一根或者多跟泵浦光纖。其中：雙包層光纖的內(nèi)包層可以是非圓對(duì)稱的矩形結(jié)構(gòu)、正方形結(jié)構(gòu)、D型結(jié)構(gòu)、正六邊形結(jié)構(gòu)、正八邊形結(jié)構(gòu)、偏心型等；一根泵浦或者多跟泵浦光纖的端面與雙包層的側(cè)面耦合；多根泵浦光纖在雙包層光纖的耦合區(qū)混合密排，既有沿雙包層光纖軸線方向的排列，也有沿垂軸平面的密排，盡可能多的增加耦合點(diǎn)提高泵浦功率。

一種側(cè)面激光器的制作方法，包括如下步驟：

1)取一根雙包層光纖，其內(nèi)包層是非圓對(duì)稱的，其結(jié)構(gòu)可以是矩形結(jié)構(gòu)、正方形結(jié)構(gòu)、D型結(jié)構(gòu)、正六邊形結(jié)構(gòu)、正八邊形結(jié)構(gòu)、偏心型等；

2)在雙包層光纖的靠近中央部分，選取一段去除雙包層光纖的涂覆層和外包層，并用酒精清潔干凈；

3)對(duì)雙包層光纖去除涂覆層和外包層這一段區(qū)域進(jìn)行加熱熔融，在表面張力作用下，非圓對(duì)稱的內(nèi)包層形成一個(gè)圓柱形的耦合區(qū)域(A)，該圓柱的半徑為r，則其中，區(qū)域s為雙包層光纖內(nèi)包層和纖芯的截面積區(qū)域。

4)取一根泵浦光纖，將泵浦光纖與雙包層光纖耦合的端面進(jìn)行去涂覆層操作，并清洗干凈；

5)將泵浦光纖的端面進(jìn)行精確研磨拋光處理，使處理端面的圓弧曲率半徑為r，其弧形中心軸線方向與雙包層光纖軸線平行，與泵浦光纖的軸線成角度θ₁₂，相當(dāng)于泵浦光纖與雙包層光纖并排，泵浦光纖在兩光纖軸線形成的平面內(nèi)繞泵浦點(diǎn)先旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ₁，接著，在垂直θ₁所在平面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ₂，形成異面耦合，兩光纖軸線所成夾角為θ₁₂，即cosθ₁₂＝cosθ₁cosθ₂。其中，角度θ₁和θ₂應(yīng)根據(jù)所選雙包層光纖和泵浦光纖的參數(shù)選擇，使泵浦光能高效率的耦合進(jìn)泵浦光纖。

6)將泵浦光纖的處理斷面與雙包層光纖的圓柱形耦合區(qū)光學(xué)密接觸并熔接在一起，再用低折射率的聚合物涂敷、封裝形成異面耦合器。

上述技術(shù)方案中還可以包括如下步驟：

7)另取N₁根泵浦光纖，與所述步驟中的4)、5)對(duì)N₁根泵浦光纖進(jìn)行處理；

8)將N₁根泵浦光纖沿雙包層光纖軸線方向在熔融后的圓形區(qū)耦合，與所述步驟6)進(jìn)行處理；