準(zhǔn)分布式光纖合束器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)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(wú)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(guò)內(nèi)包層的多次反射進(jìn)入摻雜纖芯被吸收，從而對(duì)信號(hào)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(kāi)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(gè)光纖通過(guò)熔融拉錐工藝形成一個(gè)多芯復(fù)合光纖，然后和另一端擴(kuò)束的雙包層光纖對(duì)接熔合；或者將N個(gè)光纖在雙包層信號(hào)光纖的側(cè)面進(jìn)行側(cè)面熔合。這樣的方法都會(huì)造成在耦合熔接點(diǎn)過(guò)于集中、周圍光功率和發(fā)熱的空間密度過(guò)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(shí)際使用都受到了巨大的考驗(yàn)。隨著大功率光纖激光器功率水平的進(jìn)一步提高，急需開(kāi)發(fā)一種能夠減輕光功率和發(fā)熱空間密度過(guò)大問(wèn)題的新型光纖合束器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于準(zhǔn)分布式多點(diǎn)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(guò)大的弱點(diǎn)，具有更好的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期可靠性的新型光纖合束器。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)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(hào)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(hào)光纖上并在二者相熔接處形成熔合面，各個(gè)所述的熔合面的中心分散分布于所述的信號(hào)光纖的外表面展開(kāi)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(duì)應(yīng)于所述的信號(hào)光纖的圓周上的圓周角度，橫軸z對(duì)應(yīng)于所述的信號(hào)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(hào)光纖為纖芯直徑20-30 μ m、內(nèi)包層直徑200-400 μ m的無(wú)摻雜無(wú)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(hào)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(hào)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(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型的準(zhǔn)分布式光纖合束器采用多個(gè)耦合功率接入點(diǎn)，分散了光功率的空間密度，從而:
[0014]1、克服了光功率過(guò)于集中的問(wèn)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(gè)到50個(gè)，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(gè)分支有瑕疵將導(dǎo)致整個(gè)器件失效的問(wèn)題，提高了器件的茁壯性；
[0017]4、主信號(hào)光纖是光學(xué)連貫的，沒(méi)有切斷點(diǎn)和光學(xué)不連續(xù)點(diǎn)，從而使信號(hào)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(zhǎng)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(zhǎng)；
[0021]8、器件的材料成本和制作工藝成本較低。
【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖1為本實(shí)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(shí)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(shí)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(hào)光纖的背面。
[0025]附圖4為本實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)用新型的信號(hào)光纖周圍的(θ，ζ)平面及熔接點(diǎn)空間分布的示意圖。
[0029]以上附圖中:11、泵浦光纖；12、信號(hào)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(shí)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(diǎn)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(cè)繪度量。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0032]實(shí)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(wú)摻雜無(wú)源雙包層光纖的信號(hào)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(hào)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(wú)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(wú)源光纖。每根泵浦光纖11均從側(cè)面熔接于信號(hào)光纖12上，從而在二者相熔接處形成熔合面。本實(shí)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(duì)稱地熔接在信號(hào)光纖12的不同位置的兩側(cè)，同時(shí)它們并不處在同一個(gè)平面內(nèi)。更確切地，這些泵浦光纖的熔接點(diǎn)中心在信號(hào)光纖12的外表面展開(kāi)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(gè)位置上。(θ，ζ)平面中，縱軸Θ對(duì)應(yīng)于信號(hào)光纖12的圓周上的圓周角度，橫軸ζ對(duì)應(yīng)于信號(hào)光纖12的軸向。這樣可以將多個(gè)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(duì)于傳統(tǒng)方法中各個(gè)泵浦光纖11沿信號(hào)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(hào)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(hào)光纖12和泵浦光纖11的金屬外殼、填充于金屬外殼與信號(hào)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(shí)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(hào)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(gè)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(gè)泵浦光纖11按照兩兩進(jìn)行配對(duì)，每次操作一對(duì)光纖，將它們與信號(hào)光纖12進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和局部加熱熔合。采用兩兩配對(duì)的方法，是為了讓信號(hào)光纖12上的來(lái)自兩側(cè)的壓力相互抵消，防止信號(hào)光纖12橫向移動(dòng)。將一對(duì)泵浦激光光纖對(duì)稱地放置在信號(hào)光纖12的兩側(cè)，端面貼在信號(hào)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(zhǎng)10.6 μπι的二氧化碳激光束對(duì)泵浦光纖11和信號(hào)光纖12的連接點(diǎn)進(jìn)行局部照射加熱，在它們軟化的過(guò)程中適當(dāng)?shù)亟o它們施加一定的推力，使得很好地浸潤(rùn)熔合。在它們浸潤(rùn)熔合后，略微向后拉動(dòng)這對(duì)泵浦光纖11，使得信號(hào)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(guò)程