[發(fā)明專利]大模場光纖泵浦耦合器及其制造方法

有效

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• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102890312A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 鞏馬理;肖起榕;閆平;張海濤;柳強;黃磊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G02B6/28
• 分類號: G02B6/28;G02B6/036;G02B6/255;G02B6/245
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發(fā)明涉及激光器技術領域，尤其涉及一種大模場光纖泵浦耦合器及其制造方法。

背景技術

高功率高能量光纖激光器和光纖放大器，在工業(yè)加工、軍事和醫(yī)療等領域都有著廣泛的應用前景。近些年，應用普通單模光纖，光纖激光的輸出功率和能量獲得了極大提升。但是，功率和能量的進一步提高將會受到特透鏡效應，光纖非線性效應(比如受激布里淵散射和受激拉曼散射)和光纖損傷等方面限制。高性能超大模場光纖應用于高功率高能量光纖激光器和放大器為功率和能量的進一步提升提供了可能。現(xiàn)有技術中，有人提出了將大模場光纖應用于高功率激光系統(tǒng)中；隨后，普通階躍折射率大模場光纖、增益導引大模場光纖、光子晶體光纖和3C(Chirally-Coupled?Core?fiber)螺旋形大模場光纖等被提出應用于高功率高能量光纖激光器和放大器。

大模場光纖由于其超大模場特性，意味著光纖纖芯直徑較為龐大(通常大于20um)，這對于實現(xiàn)泵浦和信號同時實現(xiàn)高效耦合提出了挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的端面泵浦耦合技術，所采用的熔融拉錐方式實現(xiàn)泵浦和信號的高效耦合，只能針對于纖芯直徑小于30um的主光纖。這是由于熔融拉錐方式對于模場較大的主光纖，在拉錐的過程會對模場的大小和形狀造成極大的破壞，導致信號的耦合效率較低。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種大模場光纖泵浦耦合器及其制造方法，以在不破壞大模場主光纖纖芯結構的前提下，對主光纖內包層進行直徑縮小處理或不進行縮小處理，提高信號的耦合效率。

(二)技術方案

為解決上述問題，一方面，本發(fā)明提供了一種大模場光纖泵浦耦合器，包括主光纖和含有若干泵浦光纖的泵浦光纖束，所述泵浦光纖束的一端為所述若干泵浦光纖圍設而成的中空光纖束，所述主光纖一端設有露出內包層的過度區(qū)并插入所述泵浦光纖束的中空部分，所述泵浦光纖與所述主光纖的過度區(qū)對應的部分為露出包層的拉錐端，所述泵浦光纖拉錐端的包層與所述主光纖過度區(qū)的內包層緊密接觸并熔為一體。

優(yōu)選地，所述主光纖的過度區(qū)為徑向尺寸小于主光纖內包層主體徑向尺寸的柱體，過度區(qū)與內包層主體之間形成臺階面，所述泵浦光纖拉錐端緊密貼靠于所述過度區(qū)徑向外表面上并且端部緊密抵靠于所述臺階面，所述泵浦光纖拉錐端端部的直徑與所述光纖主體過度區(qū)與內包層主體之間的半徑差相當。

優(yōu)選地，所述主光纖的過度區(qū)為窄端靠近端部、寬端遠離端部的錐臺形，所述若干泵浦光纖的拉錐端形成的中空部分具有與所述過度區(qū)對應的錐形內周。

優(yōu)選地，所述錐臺形過度區(qū)的寬端半徑小于主光纖內包層主體的半徑，過度區(qū)與內包層主體之間形成臺階面，所述泵浦光纖拉錐端的端部抵靠于所述臺階面上。

優(yōu)選地，所述主光纖從位于所述泵浦光纖束中空部分內的端部至過度區(qū)的尾段的內包層外設有新涂覆層料，所述新涂覆層與主光纖尾段的內包層形成的數(shù)值孔徑與主光纖主體內包層的原有的數(shù)值孔徑一致。

優(yōu)選地，所述主光纖可以是雙包層或多包層光纖，主光纖包層形狀可以是圓形、六邊形或八邊形。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種上述大模場光纖泵浦耦合器的制作方法，包括以下步驟：

S1：分別除去泵浦光纖束中的若干泵浦光纖待熔接區(qū)域的涂覆層，露出包層；從一端開始除去主光纖的涂覆層，露出內包層；

S2：將所述泵浦光纖去除涂覆層的部分采用熔融拉錐的方法按一定的錐度拉錐到預定尺寸形成拉錐端；拉錐過程中，泵浦光纖束的中心光纖采用金屬絲替代；拉錐完成后，將金屬絲抽出，泵浦光纖束形成為中空光纖束；

S3：將所述泵浦光纖束從拉錐處理的軸向中心截斷，并對所述泵浦光纖拉錐端形成的中空部分進行處理，使拉錐端形成的中空部分形狀與主光纖的過度區(qū)互補；

S4：將露出內包層的主光纖的一端插入泵浦光纖束的中空部分，使主光纖的過度區(qū)與泵浦光纖拉錐端形成中空部分緊密貼合；

S5：將所述主光纖的過度區(qū)與所述泵浦光纖的拉錐端形成的中空部分熔為一體；

S6：對內包層露出在外面的過度區(qū)到端部之間的主光纖部分，重新涂覆制作新涂覆層。

優(yōu)選地，所述步驟S2還包括對去除涂覆層的主光纖內包層進行直徑縮小處理，形成所需過度區(qū)形狀的步驟。

優(yōu)選地，所述步驟S5中，通過氫氧火焰、CO₂激光器、丙烷氣、或微粒子噴燈將所述主光纖過度區(qū)與泵浦光纖的拉錐端熔為一體。

優(yōu)選地，通過化學腐蝕或機械拋磨的方法，對步驟S2中去除涂覆層的主光纖內包層進行預處理、以及對步驟S3中的所述泵浦光纖拉錐端形成的中空部分進行處理。