專利名稱：一種膜片式光纖激光耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖激光耦合器領(lǐng)域，尤其涉及一種膜片式光纖激光耦合器。
背景技術(shù)：
光纖激光器有著光束質(zhì)量優(yōu)、轉(zhuǎn)換效率高、全光路結(jié)構(gòu)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛運(yùn)用于很多工業(yè)領(lǐng)域，諸如材料切割、鉆孔、焊接、打標(biāo)等。目前高功率光纖激光器，常用的方案是，運(yùn)用光纖布拉格光柵FBGJPi Pump半導(dǎo)體激光以及一些基于熔融拉錐工藝的無源器件構(gòu)成整個(gè)光路系統(tǒng)。由于FBG光柵固有制造工藝的問題，其器件隨溫度變化，性能有較大的影響，另外在長期高功率使用以后，其光學(xué)特性也會(huì)隨之發(fā)生不同程度的變化，所以此器件是整個(gè)激光系統(tǒng)的一個(gè)瓶頸?；贚MA (大模場直徑)的光纖，能夠減小單位面積光密度和降低光非線性效應(yīng)，目前廣泛應(yīng)用于光纖激光器光路系統(tǒng)。由于LMA光纖支持高階模，并且為了保證光束質(zhì)量，一般其光纖纖芯NA比較小，所以此光纖對彎曲、寧繞 非常敏感，在用此類光纖制作無源器件(光纖耦合器、模式匹配器、ENDCAP等器件)的時(shí)候不僅要保證能量損耗要小，而且必須保證光束質(zhì)量盡可能不發(fā)生變化?；谌廴诶F工藝的無源器件，光纖需要撥出涂覆層，使得光纖或者光纖束在熱源加熱后，熔融拉錐，錐區(qū)的好壞決定了器件的性能，然而在實(shí)際制作過程中，由于受到拉伸平臺(tái)穩(wěn)定性、熱源穩(wěn)定性等影響，錐區(qū)在實(shí)際制作過程中存在一些問題，使得光纖在熔接時(shí)存在一些損耗，一般泵浦損耗在2%-10%左右，信號損耗在5%-15%，對于KW級別的高功率器件，損耗意味著對整個(gè)器件、整個(gè)系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性存在考驗(yàn)，并且整個(gè)光路系統(tǒng)的效率降低，這要使得必須使用更高功率的PUMP才能達(dá)到需要的單模功率，這就增加了系統(tǒng)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和問題，提供一種膜片式光纖激光耦合器，該耦合器不僅單模、泵浦損耗小，而且直接結(jié)合了 FBG功能，使得整個(gè)光路性能和可靠性得到了優(yōu)化。一種膜片式光纖激光耦合器，包括多根激光傳輸光纖和至少一根耦合光纖、兩個(gè)圓筒，其特征在于所述多根激光傳輸光纖固定于同一個(gè)圓筒中，所述耦合光纖固定于另一個(gè)圓筒中，固定在兩個(gè)圓筒一端的各光纖端面勻鍍膜，固定兩個(gè)圓筒而使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖的鍍膜端面與耦合光纖的鍍膜端面接觸。所述激光傳輸光纖或耦合光纖為經(jīng)過熔融、粘接、拉錐、腐蝕、磨拋處理后的光纖或光纖體，多根激光傳輸光纖或多根耦合光纖融拉成一個(gè)整體后穿設(shè)于圓筒中。所述激光傳輸光纖的端面鍍有增透膜層、提高反向隔離度的膜層、高反膜層、低反膜層中的一種或多種膜層的組合。所述耦合光纖的端面鍍有增透膜層、提高反向隔離度的膜層、高反膜層、低反膜層中的一種或多種膜層的組合。所述激光傳輸光纖或稱合光纖的端面與固定的圓筒端面有一定間隙。
所述激光傳輸光纖為單模、多模、少模、保偏、雙包層、光子晶體光纖中的一種或多種光纖的組合。所述稱合光纖為為單模、多模、少模、保偏、雙包層、光子晶體光纖中的一種或多種光纖的組合。固定激光傳輸光纖的圓筒與固定耦合光纖的圓筒，通過法蘭連接或者固定于同一套筒內(nèi)，使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖的鍍膜端面與耦合光纖的鍍膜端面接觸。使用本發(fā)明的膜片式光纖激光耦合器集成的光纖激光器的光路使用兩端的膜層形成腔體，取代了傳統(tǒng)的FBG，使整個(gè)光纖激光器的可靠性和效率得到明顯提高。在光纖激光器的光路結(jié)構(gòu)中，泵浦13根105-125 NA=O. 22通入60W，共計(jì)780W泵浦，整個(gè)光路效率大于72%，輸出500W功率，光束質(zhì)量小于I. 2。該光纖激光器光路的泵浦耦合效率達(dá)到98. 5%，信號差損小于O. 15dB,器件性能優(yōu)于傳統(tǒng)熔融拉錐耦合器，另外泵浦光直接通入Yb光纖，使得光纖激光器少去多個(gè)融接點(diǎn)，降低損耗的同時(shí)也提高了效率，降低了系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。


圖Ia是本發(fā)明實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ib是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是本發(fā)明圖Ia固定多根激光傳輸光纖圓筒的側(cè)面不意圖；圖2b是本發(fā)明圖Ib固定耦合光纖圓筒的側(cè)面示意圖；圖3a是圖Ia的立體圖；圖3b是圖Ib的立體圖；圖4是圖3b中A處的放大圖；圖5是常規(guī)光纖激光器的光路系統(tǒng)圖；圖6是本發(fā)明的光纖功率耦合器集成的光纖激光器的光路系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式提供了一種基于膜片式的光纖激光耦合器及光纖激光器光路系統(tǒng)，一種膜片式光纖激光耦合器，其特征在于，所述光纖功率耦合器包括多根激光傳輸光纖和至少一根耦合光纖，所述多根激光傳輸光纖固定于同一圓筒中，所述稱合光纖固定于另一圓筒中，兩圓筒光纖端面鍍膜后，通過固定，使得兩端光纖接觸?；谠摴饫w激光耦合器的光纖激光器光路系統(tǒng)，結(jié)合了光纖反饋腔體，無需再使用光纖光柵，光路更可靠、穩(wěn)定，性能佳。如圖la、圖3 a所不,一種膜片式光纖激光f禹合器，由多根激光傳輸光纖7和一根耦合光纖I、兩個(gè)圓筒(2，6)、二個(gè)法蘭(4，5)，多根激光傳輸光纖7固定于同一個(gè)圓筒6中，一根耦合光纖I固定于另一個(gè)圓筒2中，固定在兩個(gè)圓筒一端的各光纖端面勻鍍膜，兩個(gè)圓筒(2，6)的一端分別固定一個(gè)法蘭(4，5)，固定在兩個(gè)圓筒上的法蘭通過螺栓固定在一起而使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖7的鍍膜端面9與耦合光纖I的鍍膜端面9接觸。如圖lb、圖3b所示，一種膜片式光纖激光耦合器，由多根激光傳輸光纖7和一根耦合光纖I、兩個(gè)圓筒(2，6)、一個(gè)套筒8，多根激光傳輸光纖7固定于同一個(gè)圓筒6中，一根耦合光纖I固定于另一個(gè)圓筒2中，固定在兩個(gè)圓筒一端的各光纖端面勻鍍膜，兩個(gè)圓筒(2，6)固定在同一個(gè)套筒8內(nèi)而使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖7的鍍膜端面9與I禹合光纖I的鍍膜端面9接觸。如圖la、圖Ib所示，所述激光傳輸光纖7為單模、多模、少模、保偏、雙包層、光子晶體光纖中一種或多種光纖的組合，多根激光傳輸光纖7組成一束光纖束，穿于一個(gè)圓筒中，該激光傳輸光纖可以為多根同樣的光纖，也可以為各種光纖的組合，該組光纖可以是直徑一樣的光纖，也可以不同直徑光纖的組合。多根激光傳輸光纖7組成的光纖束可以通過膠合，或者熔融拉錐，或者腐蝕、磨拋處理后穿于一個(gè)圓筒6中，圓筒的材料可以為石英玻璃、陶瓷、合金或金屬。多根激光傳輸光纖7組成的光纖束穿于圓筒后，可以通過膠合、熔融或機(jī)械夾持方法固定于一個(gè)圓筒中，圓筒的一端安裝有一個(gè)法蘭5,如圖2a所不,多根激光傳輸光纖7組成的光纖束端面與圓筒端面間有一定間隔。然后通過磨拋或者激光切割方法使得多根激光傳輸光纖7組成的光纖束與圓筒6端面齊平。如圖3a所示，為了提高激光的反向隔離度，亦可使得多根激光傳輸光纖7組成的光纖束與圓筒形成一個(gè)角度，比如8-10度；之后在光纖端面9鍍膜，可以為增透膜層、提高反向隔離度的膜層、高反膜層、低反膜層中一種或多種膜層的組合?！?br> 同理多根激光傳輸光纖7組成的光纖束可以通過膠合，或者熔融拉錐，或者腐蝕、磨拋處理后穿于一個(gè)圓筒6中，圓筒的材料可以為石英玻璃、陶瓷、合金或金屬。多根激光傳輸光纖7組成的光纖束穿于圓筒后，可以通過膠合、熔融或機(jī)械夾持方法固定于一個(gè)圓筒中，兩個(gè)圓筒固定在同一個(gè)套筒8內(nèi)如2b所示，而使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖7的鍍膜端面9與耦合光纖I的鍍膜端面9接觸。同理，所述激稱合光纖I為單模、多模、少模、保偏、雙包層、光子晶體光纖中一種或多種光纖的組合，耦合光纖I穿于另一個(gè)圓筒2中，該耦合光纖可以為單根光纖，亦可為多根光纖，也可以為各種光纖的組合，該組合光纖可以是直徑一樣的光纖，也可以不同直徑光纖的組合。多根組合的耦合光纖可以通過膠和，或者熔融拉錐，或者腐蝕、磨拋處理后穿于另一個(gè)圓筒2中。圓筒的材料可以為石英玻璃、陶瓷或合金金屬。多根耦合光纖組成的光纖束穿于另一個(gè)圓筒2后，可以通過膠和、熔融或機(jī)械夾持方法固定于另一個(gè)圓筒2中，耦合光纖的端面與圓筒端面間有一定間隔。然后通過磨拋、或者激光切割等方法使得耦合光纖與圓筒端面齊平。如圖3b、圖3b所示，為了提高激光的反向隔離度，亦可使得光纖束與圓筒形成一個(gè)角度，比如8-10度，該角度必須與激光傳輸光纖一致。之后在光纖端面鍍膜，可以為增透膜層或提高反向隔離度的膜層或高反膜層或低反膜層或這些膜層的組合。如圖4所不,把固定激光傳輸光纖圓筒6與固定稱合光纖的圓筒2放置于同一套筒8內(nèi)，使得兩端光纖結(jié)合在一起?；蛘呷鐖D3b所示，通過常規(guī)的機(jī)械定位固定方法，使得圓筒互相合攏。如圖6所示，使用本發(fā)明的膜片式光纖激光耦合器11組成的光纖激光器光路系統(tǒng)。圖5所示，常規(guī)的光纖激光器光路系統(tǒng)，使用了光纖光柵，本發(fā)明的膜片式光纖激光耦合器11集成了光纖激光耦合器以及光纖光柵兩種功能。舉例說明，所述激光傳輸光纖有2種組合,一種為7根105/125 NA=O. 22多模光纖，一種為6根105/125 NA=O. 22多模光纖，中間一根為20-125，NA=O. 06少模光纖，7根光纖穿于一個(gè)內(nèi)徑為380-385um的圓筒6中，圓筒的外徑為2. 5mm,材料為招材料,通過加注低折射率膠水使得光纖固定于圓筒中，圓筒與光纖束一起研磨，在7根多模光纖表面鍍有對1070-1090nm，99%的HR高反，對900_985nm，99%高透；6根多模光纖和一根少模光纖表明鍍有1070-1090nm，10%反射，900_985nm，高透；輸出耦合光纖可以為20-400 NA=O. 06的
Yb雙包層光纖，由于雙包層光纖涂覆層為第二包層，所以在穿于圓筒的時(shí)候不能使雙包層包層直接與圓筒接觸，使得包層光被圓筒吸附，解決的方法可以使得耦合光纖連同涂覆層一起穿于圓筒中，亦可使用，第二包層為空氣孔的光纖(或者三包層光纖)作為合成光纖。該光纖的兩端鍍有AR膜。如圖6所示，亦可7根光纖的兩端鍍有AR膜，Yb光纖12的一端鍍有1070_1090nm，10% 反射，900-985nm，99% 高透；另外一端鍍有 1070_1090nm，10% 反射，900_985nm，99% 高透；然后把兩個(gè)圓筒穿于內(nèi)徑為2. 5+ O. 05mm的套筒8內(nèi)，待兩端光纖端面9接觸后，把兩個(gè)圓筒與套筒固定。使用本發(fā)明的膜片式光纖激光耦合器11集成的光纖激光器的光路使用兩端的膜 層形成腔體，取代了傳統(tǒng)的FBG，使整個(gè)光纖激光器的可靠性和效率得到明顯提高。在光纖激光器的光路結(jié)構(gòu)中，泵浦13根105-125 NA=O. 22通入60W，共計(jì)780W泵浦，整個(gè)光路效率大于72%，輸出500W功率，光束質(zhì)量小于I. 2。該光纖激光器光路的泵浦耦合效率達(dá)到98.5%，信號差損小于O. 15dB,器件性能優(yōu)于傳統(tǒng)熔融拉錐耦合器，另外泵浦光直接通入Yb光纖12，再通過另一個(gè)膜片式光纖激光耦合器11后通過輸出件13輸出，使得光纖激光器少去多個(gè)融接點(diǎn)，降低損耗的同時(shí)也提高了效率，降低了系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種膜片式光纖激光耦合器，包括多根激光傳輸光纖和至少一根耦合光纖、兩個(gè)圓筒，其特征在于所述多根激光傳輸光纖固定于同一個(gè)圓筒中，所述耦合光纖固定于另一個(gè)圓筒中，固定在兩個(gè)圓筒一端的各光纖端面勻鍍膜，固定兩個(gè)圓筒而使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖的鍍膜端面與耦合光纖的鍍膜端面接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的膜片式光纖激光耦合器，其特征在于所述激光傳輸光纖或耦合光纖為經(jīng)過熔融、粘接、拉錐、腐蝕、磨拋處理后的光纖或光纖體，多根激光傳輸光纖或多根耦合光纖融拉成一個(gè)整體后穿設(shè)于圓筒中。
3.如權(quán)利要求I或2所述的膜片式光纖激光耦合器，其特征在于所述激光傳輸光纖的端面鍍有增透膜層、提高反向隔離度的膜層、高反膜層、低反膜層中的一種或多種膜層的組合。
4.如權(quán)利要求I或2所述的膜片式光纖激光耦合器，其特征在于所述耦合光纖的端面鍍有增透膜層、提高反向隔離度的膜層、高反膜層、低反膜層中的一種或多種膜層的組口 o
5.如權(quán)利要求I或2所述的膜片式光纖激光耦合器，其特征在于所述激光傳輸光纖或耦合光纖的端面與固定的圓筒端面有一定間隙。
6.如權(quán)利I或2的膜片式光纖激光耦合器，其特征在于所述激光傳輸光纖為單模、多模、少模、保偏、雙包層、光子晶體光纖中的一種或多種光纖的組合。
7.如權(quán)利I或2的膜片式光纖激光耦合器，其特征在于所述耦合光纖為為單模、多模、少模、保偏、雙包層、光子晶體光纖中的一種或多種光纖的組合。
8.如權(quán)利I或2的膜片式光纖激光耦合器，其特征在于固定激光傳輸光纖的圓筒與固定耦合光纖的圓筒，通過法蘭連接或者固定于同一套筒內(nèi)，使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖的鍍膜端面與耦合光纖的鍍膜端面接觸。
全文摘要
本發(fā)明一種膜片式光纖激光耦合器，包括多根激光傳輸光纖和至少一根耦合光纖、兩個(gè)圓筒，其特征在于所述多根激光傳輸光纖固定于同一個(gè)圓筒中，所述耦合光纖固定于另一個(gè)圓筒中，固定在兩個(gè)圓筒一端的各光纖端面勻鍍膜，固定兩個(gè)圓筒而使得兩個(gè)圓筒內(nèi)的激光傳輸光纖的鍍膜端面與耦合光纖的鍍膜端面接觸?；诒景l(fā)明光纖激光耦合器的光纖激光器的光路結(jié)合了光纖反饋腔體，無需再使用光纖光柵，光路更可靠、穩(wěn)定，性能佳。
文檔編號G02B6/28GK102809783SQ20121027926
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者施建宏, 閆大鵬, 李成 申請人:武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責(zé)任公司