專利名稱：一種大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器及制作方法
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，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DiGiovarmi等人開展的熔錐側(cè)面泵浦技術(shù)， L. Goldberg等人開展的V型槽耦合泵浦技術(shù)，J. P. Koplow等人開展的內(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
—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
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θ 12，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θ ” 接著，在垂直Q1所在平面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ 2，形成異面耦合，兩光纖軸線所成夾角為θ12，即 COS θ 12 = cos θ lC0S θ 2。其中，角度θ工和θ 2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&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；
上述技術(shù)方案中還可以包括如下步驟
9)另取隊(duì)根泵浦光纖，與所述步驟中的7)對(duì)隊(duì)根泵浦光纖進(jìn)行處理；
10)將隊(duì)根泵浦光纖在雙包層光纖軸線的垂直平面內(nèi)與熔融后的圓形區(qū)耦合的排 列方式，與所述步驟6)進(jìn)行處理；
上述技術(shù)方案中還可以包括如下步驟
11)將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。
上述技術(shù)方案中，所述步驟7)中泵浦光纖的數(shù)量N1的選擇，
權(quán)利要求
1.一種大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器，其特征在于包括一根非圓對(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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器的制作方法，其特征在 于包括如下步驟1)取一根雙包層光纖(1)，其內(nèi)包層(102)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(1)的靠近中央部分，選取一段去除雙包層光纖的涂覆層(104)和外 包層(103)，并用酒精清潔干凈；3)對(duì)雙包層光纖去除涂覆層(104)和外包層(10 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(102)形成一個(gè)圓柱形的耦合區(qū)域(A)，該圓柱的半徑為r，HllJr = ^cffdxdy，其中，區(qū)域s為雙包層光纖內(nèi)包層(102)和纖芯(101)的截面積區(qū)域。4)取一根泵浦光纖O)，將泵浦光纖( 與雙包層光纖(1)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(B)的圓弧曲率半徑為r，其 弧形中心軸線方向與雙包層光纖(1)軸線平行，與泵浦光纖的軸線成角度θ 12，相當(dāng)于泵浦 光纖( 與雙包層光纖(1)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θ ”接著，在垂直θ工所在平面旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度θ 2，形成異面耦合，兩光纖軸線所 成夾角為e12jpC0Se12 = C0SelC0Se2。其中，角度Θ Θ 2應(yīng)根據(jù)所選雙包層光纖(ι) 和泵浦光纖O)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(B)與雙包層光纖(1)的圓柱形耦合區(qū)(A)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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器的制作方法，還包括多點(diǎn)泵 浦耦合器的制作方法，其特征在于，還可以包括以下步驟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(1)軸線方向在熔融后的圓形區(qū)(A)耦合，與所 述步驟6)進(jìn)行處理；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器的制作方法，還包括多點(diǎn)泵 浦耦合器的制作方法，其特征也可以是，還可以包括以下步驟9)另取隊(duì)根泵浦光纖( ，與所述步驟中的7)對(duì)隊(duì)根泵浦光纖( 進(jìn)行處理；10)將隊(duì)根泵浦光纖( 在雙包層光纖(1)軸線的垂直平面內(nèi)與熔融后的圓形區(qū)(A) 耦合的排列方式，與所述步驟6)進(jìn)行處理；
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器的制作方法，還包括多點(diǎn)泵 浦耦合器的制作方法，其特征也可以是，還可以包括以下步驟11)將泵浦光纖⑵在雙包層光纖⑴的耦合區(qū)㈧混合密排，既有沿雙包層光纖⑴ 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。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器的制作方法，其特征在于，所述步驟7)中泵浦光纖O)的數(shù)量N1的選擇，％ <
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器的制作方法，其特征在于，所述步驟9)中泵浦光纖(2)的數(shù)量N2的選擇，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率光纖激光器的側(cè)面耦合器及制作方法，提出泵浦光纖和雙包層光纖耦合時(shí)軸線異面的耦合方式，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。本方法將泵浦光纖中的泵浦光直接耦合進(jìn)雙包層光纖的內(nèi)包層，由于內(nèi)包層的非對(duì)稱性，泵浦光逐漸被雙包層光纖纖芯中的摻雜離子吸收。由于兩光纖異面，從雙包層光纖纖芯泄露的信號(hào)光在泵浦光纖中將主要以螺旋光的形式存在，在一定程度上降低了泄露光照射到半導(dǎo)體泵浦源上的光強(qiáng)，對(duì)泵浦源有一定的保護(hù)作用，該泵浦方式用于大功率激光器系統(tǒng)，更加合理、系統(tǒng)壽命更長(zhǎng)，成本更低。
文檔編號(hào)H01S3/091GK102044830SQ20101053714
公開日2011年5月4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