一种双包层光纤激光器的泵浦耦合结构

摘要

本发明涉及激光领域，尤其涉及光纤领域内的双层光纤激光器的泵浦耦合结构。本发明的双包层光纤激光器泵浦耦合结构：用于耦合的双包层光纤连接处套有并粘结光纤毛细管套，光纤毛细管套一侧抛光至双包层光纤内包层(或抛到光纤外包层使光纤有足够的平面宽度)，形成光学平面并镀有深化光胶膜，输入光纤的光纤头抛至合理倾角并镀有深化光胶膜，光纤头与所述的带有光纤毛细管套的双包层光纤连接处通过深化光胶粘结为一整体。本发明则是针对常规的用角度磨抛侧面泵浦耦合方式的侧面胶合基础上发明另一种全新技术方案，具有结构新颖合理、可靠性高、易于快速和大规模生产，从而可将广泛应用于高功率泵浦光纤激光器中。

说明书

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及光纤领域内的双层光纤激光器的泵浦耦合结构。

背景技术

双包层光纤为提高光纤激光器的有效泵浦功率提供了良好的解决途径。与普通的单模光纤相比，双包层光纤增加了一个内包层，内包层就是泵浦光的传光波导，有较大的数值孔径和截面积，可以使更多的泵浦光进入其中传输。在传输的过程中，大功率的多模泵浦光不断穿越掺杂的纤芯而被其中的掺杂离子吸收，产生的激光在纤芯中传输，这样可以获得较大功率的单模激光输出。目前的泵浦技术中，有端面泵浦和侧面泵浦两种方法：

1.在端面泵浦方法中，通常把大功率半导体激光器列阵发出的激光经光束整形、透镜组聚焦后从端面进入双包层激光器的内包层。这种方法虽然能比较有效地把泵浦光耦合进入内包层，但较大功率的半导体泵浦激光从端面进入内包层，容易造成端面的热损伤，这就限制了进入内包层的泵浦光功率的增加从而限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。

2.在侧面泵浦方法中，一般主要有四种方式：

A.多模光纤熔锥侧面泵浦耦合方式

·多模光纤熔融拉锥定向耦合是将多根裸光纤和去掉外包层的双包层光纤缠绕在一起，在高温火焰中加热使之熔化，同时在光纤两端拉伸光纤，使光纤熔融区成为锥形过渡段，能够将泵浦光由多模光纤经由双包层光纤侧面导入内包层，从而实现定向侧面耦合泵浦。

B.V槽侧面泵浦耦合

把双包层光纤的外包层和涂敷层剥去，在内包层上刻一个V形槽，半导体激光经透镜聚焦到V形槽的一个端面上，经全反射后进入内包层。这种方法可以在双包层光纤的多个部位刻蚀V形槽，用多个半导体激光器泵浦双包层光纤，让更多的泵浦光进入内包层，但这种V形槽因其表面要求极为平整及刻蚀工艺要求较高而难以制作，加之在双包层光纤上保留了多个缺口，光纤的机械强度大为减弱。

C.嵌入反射镜式泵浦耦合

嵌入透镜式泵浦耦合方式是在V槽刻蚀方式上的改进。首先将双包层光纤的外包层去除一小部分，然后在内包层上刻蚀出一个小槽，槽的深度足够放入用来反射泵浦光的嵌入微反射镜，但是距纤芯还有一定距离，以保证不破坏纤芯。嵌入的微反射镜的反射面可以是平面或是根据优化设计的曲面，为了得到高的耦合效率，其反射面事先镀上了高反率的膜层，入射面镀了对泵浦光的增透膜。该技术中采用了光学胶用以将嵌入微反镜的出射面和光纤内包层粘接固定，同时光学胶还作为折射率匹配介质用来降低界面的反射损耗。

D.角度磨抛侧面泵浦耦合

图1中表示目前现有的角度磨抛侧面泵浦耦合方式，其方法是在一小段双包层光纤上，去掉其涂敷层和外包层，将内包层沿纵向磨抛，得到一小段用于耦合泵浦光的平面。(对于内包层状为矩形，D形，六角形等的双包层光纤，内包层已有窄平面，如平面宽度足够多，可以不必磨抛双包层光纤，然后将一根磨抛成一定角度的光纤端面用折射率相近的光学胶合在磨好的内包层上。泵浦光可由泵浦光纤侧面耦合进入双包层光纤的内包层。)该结构侧面泵浦耦合方式可获得高达90％耦合效率，但多仅用于低于1W的泵浦耦合，因为光路有胶，光学胶难以承受高功率而导致挥发和分解。

另，与光纤角度磨抛侧面耦合泵浦技术相类似的是微棱镜来进行侧面耦合，但是微棱镜宽度不能大于内包层的直径，因此给微棱镜的加工带来了技术上的困难。实验得到光纤激光输出也仅仅只是毫瓦量级。

发明内容

总体来说这些方式各有优缺点，本发明则是针对常规的用角度磨抛侧面泵浦耦合方式的侧面胶合基础上发明的一种全新技术平台。

本发明采用如下技术方案：

本发明的双包层光纤激光器泵浦耦合结构是，用于耦合的双包层光纤连接处套有并粘结光纤毛细管套，光纤毛细管套一侧抛光至双包层光纤内包层或光纤外包层使光纤有足够的平面宽度，形成光学平面并镀有深化光胶膜，输入光纤的光纤头抛至合理倾角并镀有深化光胶膜，光纤头与所述的带有光纤毛细管套的双包层光纤连接处通过深化光胶粘结为一整体。

进一步的，所述的合理倾角为保证通过连续光纤耦合进入双包层光纤后能满足在双包层光纤中全内反射要求。

更进一步的，本发明最佳的合理倾角为80°左右。

进一步的，所述的输入光纤是单一光纤、亦可以是光纤阵列毛细管、亦可以是多道V型槽粘结的一个或多个输入光纤头。

进一步的，所述的光纤毛细管套是整体毛细套管、亦可以是双片套管、亦可以是U型结构管套。

进一步的，根据实际设计需要，所述的双包层光纤连接处在所述的双包层光纤激光器上可以分布有一个或者多个。

本发明采用如上技术方案，具有结构新颖合理、可靠性高、易于快速和大规模生产，从而可将广泛应用于高功率泵浦光纤激光器中。

附图说明

图1是现有的角度磨抛侧面泵浦耦合方式；

图2a是本发明的结构示意图；

图2b是本发明的外型图；

图3a是双包层光纤连接处示意图；

图3b是光纤毛细管套的第一实施方式结构图；

图3c是光纤毛细管套的第二实施方式结构图；

图3d是光纤毛细管套的第三实施方式结构图。

具体实施方式

现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的双包层光纤激光器泵浦耦合结构是：用于耦合的双包层光纤连接处套有并粘结光纤毛细管套，光纤毛细管套一侧抛光至双包层光纤的内包层或光纤外包层使光纤有足够的平面宽度，形成光学平面并镀有深化光胶膜，输入光纤的光纤头抛至合理倾角并镀有深化光胶膜，光纤头与所述的带有光纤毛细管套的双包层光纤连接处通过深化光胶粘结为一整体。所述的合理倾角为保证通过连续光纤耦合进入双包层光纤后能满足在双包层光纤中全内反射要求。本发明最佳的合理倾角为80°左右。

如图2a所示，201为包层光纤，202为外包层，203光纤毛细管套，204为多孔毛细管或多排V型槽制作光纤头，2051，2052......205n为输入光纤。

·本发明的具体实施方式是：将包层光纤201一段剥去外包层202，套上光纤毛细管套203，或用两个半圆光纤毛细管将包层光纤201夹在中间粘结，将光纤毛细管套203一侧与包层光纤201一起抛光，抛至光纤，可以抛到内包层，亦可抛到外包层202，使之与光纤有足够平面宽度，并宽于输入光纤直径，光纤毛细管203与光纤201构成同一光学平面，同时在这光学表面镀上深化光胶膜层。采用多孔毛细管或多道V型槽(V-groove)粘结一个或一个以上输入光纤，使之抛成楔角，通常在80°左右使光纤端面与包层光纤粘结时可进入光纤并使入射光可在包层光纤中产生全内射，本发明的多光纤头上亦镀上深化光胶膜。

由于光纤头与包层光纤抛光面均有较大光学表面，从而易于光胶并进行深化光胶，从而永久性粘结为一体。因采用深化光胶，输入光的光纤与包层光纤抛光面可以承受高功率，从而消去先前所述角度磨抛侧面用光学胶粘结泵浦耦合方式的弱点，同时本专利采用多光纤头，从而最大程度利用了一个粘结点空间实现高功率耦合。

本发明亦可采用两个和两个以上连接处粘结点。假设抛至内包层，一般的内包层直径至少为500um，若输入光纤直径为250um，倾角为80°，单排光纤可以4个光纤输入，若双排光纤则单个结点可达8个输入光纤。

如图3a所示，301是包层光纤，302是光纤管套。本发明所述套粘双包层毛细管可以是一体化光纤管套粘除去包层。双包层光纤如图3b所示。亦可以是如图3c所示的双片盖片合粘在双包层光纤上，这种结构易于在双包层光纤中间不需除去所有护套只需除去一段护层进行粘结。

.若双包层光纤直径较大，可采用两排或两排以上光纤阵列制作光纤头。亦可采用图3d所示结构的U型结构毛细管粘结双包层光纤。

本发明由于采用简单平面抛光技术及多光纤头技术，和光胶技术及深化光胶技术，易于快速和大规模生产，产品可靠性高，从而可将广泛应用于高功率泵浦光纤激光器中。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。