專利名稱：一種光纖端面耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖端面耦合器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖激光器具有光束質(zhì)量好、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、散熱性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。近年來，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，使其在國(guó)防、工業(yè)、科研、民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，特別是大功率全光纖激光器有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，高功率光纖激光器實(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)。常用的泵浦耦合技術(shù)分為端面泵浦和側(cè)面泵浦，其中，光纖側(cè)面泵浦方法很多，具有代表性的主要有熔錐側(cè)面泵浦技術(shù)、V型槽耦合泵浦技術(shù)、 內(nèi)嵌反射鏡耦合技術(shù)，這種技術(shù)可以獲得高的泵浦效率，但對(duì)光纖的機(jī)械性能造成一定的影響，且加工難度大，系統(tǒng)較為復(fù)雜，熔錐側(cè)面泵浦技術(shù)是為IPG公司掌握，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)機(jī)構(gòu)研究，仍未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。一些報(bào)道的kW級(jí)光纖激光器大多采用端面泵浦技術(shù)，這要求泵浦光形狀和數(shù)值孔徑與雙包層光纖的內(nèi)包層尺寸和數(shù)值孔徑相匹配。這種技術(shù)最大的特點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，還可以雙端抽運(yùn)。因此利用透鏡系統(tǒng)的端泵技術(shù)在實(shí)驗(yàn)研究中被廣泛采用。由分立器件構(gòu)成的激光器在產(chǎn)品化過程中最大缺陷就是穩(wěn)定性差，針對(duì)這一缺點(diǎn)，可以將光纖熔接耦合，這種激光器將尾纖輸出的泵浦光直接熔接在光纖的端面進(jìn)行泵浦，諧振腔內(nèi)采用光纖光柵進(jìn)行信號(hào)光的反饋。這樣大大提高了系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定性。但是，在大功率運(yùn)轉(zhuǎn)下，光纖中的非線性效應(yīng)顯著，特別是在高峰值功率情況下，振蕩腔中的光就很容易從雙包層光纖中泄露，這易導(dǎo)致正對(duì)著泵浦光纖端面的泵浦源上的燒毀，系統(tǒng)不能正常工作。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服在大功率激光器端面泵浦時(shí)，半導(dǎo)體激光泵浦源容易被泄露光燒毀的缺點(diǎn)和不足，提出一種大功率雙包層光纖激光器端面泵浦方法，在有效泵浦雙包層的光纖的同時(shí)，又能防止信號(hào)光泄露對(duì)泵浦源的傷害，起到保護(hù)泵浦源的作用，提高泵浦源的使用壽命。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種光纖端面耦合器，包括雙包層光纖，泵浦光纖，半導(dǎo)體激光泵浦源；將半導(dǎo)體激光泵浦源的輸出耦合進(jìn)泵浦光纖的一端，同時(shí)，泵浦光纖的另一端與雙包層光纖的一端完全光學(xué)接觸，熔接在一起；泵浦光纖的這個(gè)端面與其垂軸平面所成角度為a θ ^ β, 其中θ為半導(dǎo)體激光泵浦源能耦合到泵浦光纖中的最大入射角度，β為能耦合進(jìn)雙包層光纖內(nèi)包層的最大角度。所述的雙包層光纖是非圓對(duì)稱的，內(nèi)包層結(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，這種非圓對(duì)稱結(jié)構(gòu)可打破螺旋光的平衡，促進(jìn)泵浦光吸收，提高耦合效率。還可以是端面處理后的多根泵浦光纖與雙包層光纖進(jìn)行耦合熔接，其中泵浦光纖可以匯聚的方式與雙包層光纖的內(nèi)包層耦合；其中泵浦光纖也可以是以發(fā)散的方式與雙包層光纖的內(nèi)包層耦合；其中泵浦光纖還可以是沿雙包層光纖端面圓周傾斜的耦合方式。本實(shí)用新型可以取得如下有益效果本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的耦合方法，能夠解決背景技術(shù)中所述的方法存在的缺陷，即有效泵浦雙包層的光纖，又可以起到保護(hù)泵浦源的作用。泄漏到泵浦光纖的光一部分會(huì)因?yàn)椴粷M足全反射從泵浦光纖側(cè)壁泄露掉，即使能傳輸?shù)綄?duì)著泵浦光纖端面的半導(dǎo)體激光泵浦源，也會(huì)因?yàn)樾孤豆獍l(fā)散角增大，泵浦源接收到的功率密度降低，對(duì)泵浦源起到保護(hù)的作用。

圖1為本實(shí)用新型的端面泵浦耦合器示意圖圖2為泵浦光纖端面處理示意圖圖3為一般采用的光纖端面耦合器結(jié)構(gòu)示意圖圖4為本實(shí)用新型的多泵浦光纖耦合的一種結(jié)構(gòu)示意圖圖5為本實(shí)用新型的多泵浦光纖耦合的一種結(jié)構(gòu)示意圖圖6為本實(shí)用新型的多泵浦光纖耦合的一種結(jié)構(gòu)示意圖圖中1、雙包層光纖，101、雙包層光纖的纖芯，102、雙包層光纖的內(nèi)包層，103、雙包層光纖的外包層，2、泵浦光纖，201、泵浦光纖的纖芯，202、泵浦光纖的包層，3、半導(dǎo)體激光泵浦源，A、泵浦光纖的處理端面。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖說明對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明實(shí)施例本實(shí)施例結(jié)構(gòu)，如圖1所示，一種具有角度a的端面泵浦激光光纖耦合器，其特征按下面方法實(shí)現(xiàn)它包括一個(gè)雙包層光纖1、泵浦光纖2和半導(dǎo)體激光泵浦源3。本實(shí)施例中的泵浦光纖2的光纖端面A與垂軸平面成角度a，如圖2所示，處理好的端面A與雙包層光纖1的一端光學(xué)接觸并熔接在一起。其中，泵浦光纖端面A的角度a 需要滿足θ +a < β，( θ為半導(dǎo)體激光泵浦源3能耦合到泵浦光纖2中的最大入射角度， β為能耦合進(jìn)雙包層光纖內(nèi)包層102的最大角度，對(duì)于選定參數(shù)的泵浦光纖1和雙包層光纖2，θ、β的值由波導(dǎo)層介質(zhì)折射率決定)。角度a過大會(huì)導(dǎo)致耦合進(jìn)光纖的能量因不能滿足雙包層光纖1中的全反射而損耗掉，角度a過小則與圖3所示的一般采用的泵浦耦合器結(jié)構(gòu)一樣，會(huì)將泄露光傳輸至泵浦源3，導(dǎo)致泵浦源的失效。因此，a角度應(yīng)該在允許范圍內(nèi)取最大值，既可以充分傳輸泵浦光，又可以很好的保護(hù)泵浦源。泵浦光纖2與雙包層光纖1耦合后，泵浦光被約束在非對(duì)稱的內(nèi)包層內(nèi)傳輸，最終光全部被纖芯的摻雜離子吸收，產(chǎn)生激光輻射在腔內(nèi)產(chǎn)生振蕩，在大功率運(yùn)轉(zhuǎn)下，光纖中的非線性效應(yīng)顯著，特別是在高峰值功率情況下，振蕩腔中的激光很容易從雙包層光纖中泄露，耦合進(jìn)泵浦光纖2。因此，泵浦光纖2和雙包層光纖1采用角度耦合后，雙包層光纖纖芯101泄露的光在泵浦光纖2端面就會(huì)有很大的入射角，這就使部分光在傳輸?shù)倪^程中就從側(cè)壁泄露掉，即使傳輸?shù)奖闷衷?端面，光的出射截面也會(huì)較大，這都降低了半導(dǎo)體激光泵浦源3接收到回光的功率密度，起到保護(hù)泵浦源3的作用。雙包層光纖的內(nèi)包層202截面可以是偏心結(jié)構(gòu)、矩形包層、D型包層、梅花形包層、 正六邊形包層等非圓對(duì)稱結(jié)構(gòu)。泵浦光在光纖中的吸收效率不僅與雙包層光纖的纖芯101 和內(nèi)包層102面積比有關(guān)，而且與內(nèi)包層102的幾何形狀和纖芯在包層中的位置有關(guān)。完全對(duì)稱的圓形內(nèi)包層，使得泵浦光在光纖中以螺旋形式傳輸而不經(jīng)過纖芯，造成了泵浦光的泵浦效率低。特別是對(duì)于本實(shí)用新型提出的泵浦光纖2按角度a將泵浦光耦合進(jìn)雙包層光纖1的結(jié)構(gòu)，比一般結(jié)構(gòu)的端面耦合器，將產(chǎn)生更多的螺旋光。為了高的吸收效率，本實(shí)用新型中的雙包層光纖需要采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的耦合器也能實(shí)現(xiàn)端面的多光纖泵浦，包括下面的結(jié)構(gòu)如圖4所示多根泵浦光纖2端面處理后與雙包層光纖1進(jìn)行耦合熔接，其中這些泵浦光纖2的軸線方向從雙包層光纖1端面向外發(fā)散的耦合方式；進(jìn)一步包括下面的結(jié)構(gòu)如圖5所示多根泵浦光纖2端面處理后與雙包層光纖1進(jìn)行耦合熔接，其中泵浦光纖2的軸線方向從雙包層光纖 1端面向內(nèi)聚攏的耦合方式；進(jìn)一步包括下面的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖6所示多根泵浦光纖2端面處理后與雙包層光纖1進(jìn)行耦合熔接，其中泵浦光纖2的軸線方向?yàn)檠仉p包層光纖1端面圓周向一側(cè)傾斜的耦合方式。
權(quán)利要求1.一種光纖端面耦合器，其特征在于包括雙包層光纖(1)，泵浦光纖O)，半導(dǎo)體激光泵浦源(3)；將半導(dǎo)體激光泵浦源(3)的輸出耦合進(jìn)泵浦光纖O)的一端，同時(shí)，泵浦光纖 (2)的另一端與雙包層光纖(1)的一端完全光學(xué)接觸，熔接在一起；泵浦光纖( 的這個(gè)端面與其垂軸平面所成角度為a :a+θ ^ β，其中θ為半導(dǎo)體激光泵浦源(3)能耦合到泵浦光纖中的最大入射角度，β為能耦合進(jìn)雙包層光纖(1)內(nèi)包層的最大角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖端面耦合器，其特征在于雙包層光纖的內(nèi)包層 (102)是非圓對(duì)稱的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖端面耦合器，其特征在于還可以是端面處理后的多根泵浦光纖( 與雙包層光纖(1)進(jìn)行耦合熔接，其中泵浦光纖O)以匯聚的方式與雙包層光纖(1)的內(nèi)包層耦合；其中泵浦光纖O)也可以是以發(fā)散的方式與雙包層光纖(1) 的內(nèi)包層耦合；其中泵浦光纖( 還可以是沿雙包層光纖(1)端面圓周傾斜的耦合方式。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光纖端面耦合器，屬于激光技術(shù)應(yīng)用，包括雙包層光纖，泵浦光纖，半導(dǎo)體激光泵浦源；將半導(dǎo)體激光泵浦源的輸出耦合進(jìn)泵浦光纖的一端，同時(shí)，泵浦光纖的另一端與雙包層光纖的一端完全光學(xué)接觸，熔接在一起；泵浦光纖的這個(gè)端面與其垂軸平面所成一定角度。本實(shí)用新型在有效泵浦雙包層的光纖的同時(shí)，又能防止信號(hào)光泄露對(duì)泵浦源的傷害，起到保護(hù)泵浦源的作用，提高泵浦源的使用壽命。
文檔編號(hào)G02B6/036GK202068084SQ201020598758
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者堯舜, 曹銀花, 潘飛, 王智勇 申請(qǐng)人:山西飛虹激光科技有限公司