本發(fā)明屬于激光技術領域,特別涉及一種合束器及包括該合束器的激光器。
背景技術:
光纖放大和光纖激光器是目前的研究熱點,現(xiàn)有常用的方案是正向泵浦,對于光纖放大器或光纖激光器來講,正向泵浦增益效率低,而且對整個光路的保護要求嚴格,而反向泵浦對于光纖放大器或光纖激光器來講,增益效率高,而且對整個光路的保護要求低。無論正向泵浦或反向泵浦,均需要通過合束器進行光信號的傳輸,正向泵浦的合束器多采用光纖熔拉結(jié)構(gòu),不可避免會破壞光纖本身的傳輸特性,反向泵浦技術中,合束器包括輸入準直器和輸出準直器,輸入準直器包括泵浦纖和有源光纖,泵浦纖和有源光纖的端面設置有透鏡,該泵浦纖和有源光纖的端面以及該透鏡的端面均成為反射面,進而影響光信號的傳輸,導致功率增益效率降低,信號衰減嚴重,并且,有源光纖的端面通常需要熔接一段光纖來增加纖芯的通光面積,這樣也會影響到泵浦光的傳輸,使得泵浦光的轉(zhuǎn)換效率會急劇下降;同樣的,輸出準直器也包括光纖和透鏡,二者之間也存在交界面,整個合束器交界面較多使得功率密度增大,使合束器的可承受功率下降。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種合束器,旨在降低光信號的衰減,提高光耦合效率以及可承受光功率。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的,一種合束器,包括雙纖準直器、單纖準直器以及濾 光片,所述雙纖準直器包括用于傳輸泵浦光的輸入光纖、用于進行光放大的有源光纖以及與所述輸入光纖和有源光纖的端部無交界面熔接的第一透鏡,所述第一透鏡的熔接端為平面,與熔接端相對的一端為曲面,所述濾光片設置于所述第一透鏡的曲面的輸出光路上,用于將所述泵浦光反射至所述有源光纖并透射所述有源光纖輸出的信號光,所述單纖準直器包括輸出光纖和與所述輸出光纖的端部無交界面熔接的第二透鏡,所述第一透鏡和第二透鏡的非熔接端相對。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種合束器的制作方法,包括下述步驟:
取用于傳輸泵浦光的輸入光纖和用于光放大的有源光纖,將所述輸入光纖和有源光纖的涂敷層剝離,熔接第一熔接塊,并對所述第一熔接塊的端部進行處理以獲得所需的平整度,所述輸入光纖和有源光纖的端部與所述第一熔接塊的端部平齊;
在所述第一熔接塊的符合平整度要求的端部熔接第一透鏡,使所述輸入光纖、有源光纖、第一熔接塊和第一透鏡無交界面熔接,形成雙纖準直器;
取輸出光纖,將其涂敷層剝離,熔接第二熔接塊,并對所述第二熔接塊的端部進行處理以獲得所需的平整度,所述輸出光纖的端部與所述第二熔接塊的端部平齊;
在所述第二熔接塊的符合平整度要求的端部熔接第二透鏡,使所述輸出光纖、第二熔接塊和第二透鏡無交界面熔接,形成單纖準直器;
在所述第一透鏡的非熔接端一側(cè)設置用于反射泵浦光至有源光纖并透射信號光的濾光片;
將所述雙纖準直器和單纖準直器共軸放置,且使所述第一透鏡和第二透鏡的非熔接端相對,所述濾光片位于所述第一透鏡和第二透鏡之間。
本發(fā)明提供的合束器由于輸入光纖和有源光纖與第一透鏡之間沒有熔接交界面,泵浦光在輸入光纖進入第一透鏡時以及由第一透鏡進入有源光纖時不經(jīng)過交界面,無光衰減,信號光在由有源光纖進入第一透鏡時也無衰減,同理,被放大的信號光經(jīng)第二透鏡進入輸出光纖時也無光衰減。因此,本實施例的合 束器相比傳統(tǒng)合束器的光衰減程度大幅減低,提高了光耦合效率;另外,由于無交界面,由交界面導致的光功率密度升高的問題也不復存在,進而有利于提高合束器的功率承受能力,實現(xiàn)高功率傳輸;并且,由于不采用光纖熔拉技術,可維持光纖本身的性能,其泵浦轉(zhuǎn)換效率高,產(chǎn)品性能更穩(wěn)定。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例提供的合束器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明實施例提供的合束器的雙纖準直器的部分結(jié)構(gòu)示意圖(一);
圖3是本發(fā)明實施例提供的合束器的雙纖準直器的部分結(jié)構(gòu)示意圖(二);
圖4是本發(fā)明實施例提供的合束器的雙纖準直器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是本發(fā)明實施例提供的合束器的單纖準直器的部分結(jié)構(gòu)示意圖(一);
圖6是本發(fā)明實施例提供的合束器的單纖準直器的部分結(jié)構(gòu)示意圖(二);
圖7是本發(fā)明實施例提供的合束器的單纖準直器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8是本發(fā)明實施例提供的合束器的制作流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)進行詳細描述:
請參考圖1,本發(fā)明實施例提供一種合束器,主要用于反向泵浦的光纖放大器和光纖激光器等設備。該合束器包括雙纖準直器1、單纖準直器2以及濾光片3,雙纖準直器1包括用于傳輸泵浦光的輸入光纖11、用于進行光放大的有源光纖12以及與輸入光纖11和有源光纖12的端部無交界面熔接的第一透鏡13,該第一透鏡13的熔接端為平面,與該熔接端相對的一端為曲面,濾光片3設置于第一透鏡13的曲面的輸出光路上,用于將輸入光纖11中的泵浦光反射 至有源光纖12并透射有源光纖12輸出的信號光,使信號光向單纖準直器2輸出,單纖準直器2包括輸出光纖21和與輸出光纖21的端部無交界面熔接的第二透鏡22,第一透鏡13和第二透鏡22的非熔接端相對。優(yōu)選地,二者的中心軸共線。具體地,輸入光纖11可采用多模光纖,輸出光纖21也可采用多模光纖,有源光纖12是具有增益功能的光纖;濾光片3是反泵浦光透信號光的濾光片。通過合理的選擇輸入光纖11、有源光纖12和第一透鏡13的材料,例如選擇相同材料或者折射率、熱膨脹系數(shù)及熔點接近的材料,可以使輸入光纖11和有源光纖12的端部與第一透鏡13無交界面熔接,同理,通過合理的材料選擇,輸出光纖21的端部和第二透鏡22也可以無交界面熔接。
該合束器的工作原理為:泵浦光經(jīng)輸入光纖11輸出時直接進入第一透鏡13,然后被濾光片3反射,穿過第一透鏡13直接進入有源光纖12的纖芯和包層,在有源光纖12中,有信號光的輸入,該信號光在泵浦光和有源光纖12本身的增益作用下得以放大,被放大后的信號光直接進入第一透鏡13并穿過濾光片3,耦合進入第二透鏡22,并進一步直接進入輸出光纖21。在該過程中,由于輸入光纖11和有源光纖12與第一透鏡13之間沒有熔接交界面,泵浦光在輸入光纖11進入第一透鏡13時以及由第一透鏡13進入有源光纖12時不經(jīng)過交界面,無光衰減,信號光在由有源光纖12輸出進入第一透鏡13時也無衰減,同理,被放大的信號光經(jīng)第二透鏡22進入輸出光纖21時也無光衰減。傳統(tǒng)的合束器由于其透鏡與光纖之間非一體熔接,二者之間存在至少兩個交界面,輸入準直器和輸出準直器共存在至少四個交界面,因此,本實施例的合束器相比傳統(tǒng)合束器的光衰減程度大幅減低,提高了光耦合效率;另外,由于無交界面,由交界面導致的光功率密度升高的問題也不復存在,進而有利于提高合束器的功率承受能力,實現(xiàn)高功率傳輸,本發(fā)明實施例的合束器可承受1500W的泵浦光,能優(yōu)化泵浦轉(zhuǎn)換效率,能傳輸100W的信號光,峰值可達KW級;并且由于不采用光纖熔拉技術,可維持光纖本身的性能,其泵浦轉(zhuǎn)換效率高,產(chǎn)品性能更穩(wěn)定。
進一步地,參考圖3和圖4,該輸入光纖11和有源光纖12優(yōu)選通過第一熔接塊14熔接第一透鏡13,即輸入光纖11和有源光纖12的熔接端連接有第一熔接塊14,輸入光纖11和有源光纖12的端部插入該第一熔接塊14,并且該端部與第一熔接塊14的端部平齊,二者共同熔接第一透鏡13,熔接后,輸入光纖11和有源光纖12以及第一熔接塊14與第一透鏡13構(gòu)成一整體。優(yōu)選的,輸入光纖11和有源光纖12的纖芯材料、第一熔接塊14的材料以及第一透鏡13的材料相同。
進一步優(yōu)選地,第一熔接塊14和第一透鏡13的橫截面形狀及大小相同。熔接后第一熔接塊14和第一透鏡13成為一個規(guī)則形狀的整體。
同樣地,參考圖6和圖7,輸出光纖21的熔接端連接有第二熔接塊23,輸出光纖21的端部插入第二熔接塊23并且其端部與第二熔接塊23的端部平齊,二者共同熔接第二透鏡22。優(yōu)選地,輸出光纖21的纖芯材料、第二熔接塊23的材料以及第二透鏡22的材料相同。
進一步優(yōu)選地,第二熔接塊23和第二透鏡22的橫截面形狀及大小相同。熔接后第二熔接塊23和第二透鏡22成為一個規(guī)則形狀的整體。
進一步優(yōu)選地,第一熔接塊14和第一透鏡13構(gòu)成的整體與第二熔接塊23和第二透鏡22構(gòu)成的整體形狀相同。
在本實施例中,為了避免未耦合的泵浦光或信號光聚焦到某點造成局部升溫,可以增設吸光件,具體地,如圖1,在第一熔接塊14外套設第一套管4,在第一套管4的內(nèi)壁或端部設有第一吸光件5。在第二熔接塊23外套設有第二套管6,在第二套管6的內(nèi)壁或端部設有第二吸光件7。該第一吸光件5和第二吸光件7可以是圓環(huán)結(jié)構(gòu),套設于相對應的光纖的外圍,以吸收未耦合進相應光纖中的光。另一種實施例中,還可以直接在第一熔接塊14和第二熔接塊23外表面涂敷吸光材料,進而不必另設第一吸光件5和第二吸光件7。
在本實施例中,可以在第一透鏡13上套設第三套管8,將濾光片3套接或粘貼于第三套管8的端部。濾光片3的中心軸優(yōu)選和第一透鏡13和第二透鏡 22的中心軸重合。
在本實施例中,在第一套管4和第二套管6外還可以套設第四套管9,用于保護和固定其內(nèi)部器件。
在本實施例中,輸入光纖11和輸出光纖21可采用多模光纖,具體可以是105/125微米(纖芯直徑/包層直徑)的多模光纖;有源光纖12可以采用9/105/125微米(纖芯直徑/內(nèi)包層直徑/外包層直徑)的雙包層光纖。在穿入第一熔接塊14和第二熔接塊23中的部分其涂敷層被去除。
在本實施例中,輸入光纖11、輸出光纖21和有源光纖12的纖芯以及第一熔接塊14、第二熔接塊23、第一透鏡13和第二透鏡22的材料可以選擇相同材料,如石英玻璃。
在本實施例中,第一吸光件5和第二吸光件7可采用陶瓷材料、金屬材料、晶體材料等吸光材料。
本發(fā)明進一步提供一種合束器的制作方法,如圖8,該方法包括下述步驟:
在步驟S101中,取用于傳輸泵浦光的輸入光纖11和用于光放大的有源光纖12,將輸入光纖11和有源光纖12的涂敷層剝離,熔接第一熔接塊14,并對第一熔接塊14的端部進行處理以獲得所需的平整度,輸入光纖11和有源光纖12的端部與第一熔接塊14的端部平齊;如圖2和圖3;
在步驟S102中,在第一熔接塊14的符合平整度要求的端部熔接第一透鏡13,使輸入光纖11、有源光纖12、第一熔接塊14和第一透鏡13無交界面熔接,形成雙纖準直器1;如圖4;
在步驟S103中,取輸出光纖21,將其涂敷層剝離,熔接第二熔接塊23,并對第二熔接塊23的端部進行處理以獲得所需的平整度,輸出光纖21的端部與第二熔接塊23的端部平齊;如圖5和圖6;
在步驟S104中,在第二熔接塊23的符合平整度要求的端部熔接第二透鏡22,使輸出光纖21、第二熔接塊23和第二透鏡22無交界面熔接,形成單纖準直器2;如圖7;
在步驟S105中,在第一透鏡13的非熔接端一側(cè)設置用于反射泵浦光至有源光纖12并透射信號光的濾光片3;如圖1;
在步驟S106中,將雙纖準直器1和單纖準直器2共軸放置,且使第一透鏡13和第二透鏡22相對,濾光片3位于第一透鏡13和第二透鏡22之間;如圖1。
進一步參考圖1,該方法還可以包括下述步驟:
在第一熔接塊14外套設第一套管4,在所述第一套管4的內(nèi)壁或者端部設置第一吸光件5;或者在第一熔接塊14的外表面涂敷吸光材料;
在第二熔接塊23外套設第二套管6,在所述第二套管6的內(nèi)壁或者端部設置第二吸光件7;或者在第二熔接塊23的外表面涂敷吸光材料。
該第一吸光件5、第二吸光件7和吸光材料優(yōu)選陶瓷材料,也可以是吸光金屬或吸光晶體。
具體地,在該制作方法的步驟S101中,可以選擇9/105/125微米的雙包層光纖作為有源光纖12,選擇105/125微米的多模光纖作為輸入光纖11,將其涂覆層剝離,穿入石英圓管,然后向石英圓管中添加石英粉,然后用激光熔融;再對熔融后的部位進行切割、端面拋光、研磨等處理,得到平整的垂直端面,端面平整度達到預設要求,例如λ/4(λ=632nm),處理后的石英材料部分即為上述的第一熔接塊14,輸入光纖11和有源光纖12的端面和第一熔接塊14的端面平齊,第一熔接塊14和輸入光纖11及有源光纖12的端部構(gòu)成尾纖組件。該步驟中要選擇與多模光纖和雙包層光纖的纖芯材料相同或者折射率、熱膨脹系數(shù)及熔點接近的材料制作第一熔接塊14。
在上述步驟S102中,將研磨好的尾纖組件與第一透鏡13熔融,組成整體式雙纖準直器1。
優(yōu)選地,第一透鏡13和第一熔接塊14的材料相同。
然后,按照制作雙纖準直器1的方法制作單纖準直器2。進一步地,在上述步驟S105中,在第一透鏡13上套設一玻璃管,即第三套管8,在該玻璃管的一端貼好濾光片3,保證濾光片3與第一透鏡13的中心軸垂直,優(yōu)選地,濾 光片3和第一透鏡13的中心軸共線。
在上述步驟S106中,將雙纖準直器1和單纖準直器2同光軸放置,使第一透鏡13和第二透鏡22相對,此時濾光片3位于第一透鏡13和第二透鏡22之間,優(yōu)選三者共軸。裝配好后,對光路進行耦合調(diào)試。
在該制作方法中,還包括在第一套管4和第二套管6的外部套設第四套管9的步驟,該第四套管9用于保護以及固定內(nèi)部器件,材料可以選擇硼硅玻璃等材料。
本發(fā)明實施例中的合束器可通過915nm泵浦光來激勵放大1550nm的信號光,當然,其不僅適用于915nm泵浦光,以及輸出1550nm的波長,同時也可用于其他泵浦光及其它信號光波長。同時,相應的波長帶寬也不局限于一種。
本發(fā)明實施例提供的合束器包括整體式雙纖準直器和單纖準直器,雙纖準直器和單纖準直器的透鏡和光纖無交界面熔接,光衰減量小、耦合效率高、光功率密度低、可承受更高功率,在高功率傳輸時不會損壞光纖;并且由于不采用熔拉技術,可維持光纖本身的性能,其泵浦轉(zhuǎn)換效率高,產(chǎn)品性能穩(wěn)定;另外,通過吸光材料的設置使得光纖處無泵浦光泄露,確保器件的安全,為高功率全光纖激光器的實現(xiàn)提供了可靠的支持。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,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、等同替換和改進等,均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。