一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器的制造方法
【專利摘要】一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，該匹配器包括大模場輸出光纖、單模熱擴芯光纖、單模輸送光纖、涂覆層；大模場輸出光纖包括大模場輸出光纖纖芯、大模場輸出光纖包層；單模熱擴芯光纖包括熱擴芯光纖包層、加熱擴張后的纖芯；單模輸送光纖包括單模輸送光纖包層、單模輸送光纖纖芯；所述熱擴芯光纖纖芯左端為單模熱擴芯加熱擴張后的纖芯的左端部分。所述單模熱擴芯光纖的左端與大模場輸出光纖相連，單模熱擴芯光纖的另一端與單模輸送光纖為一體結構；涂覆層設置在單模熱擴芯光纖左端與大模場輸出光纖的連接處。該模場匹配器實現(xiàn)了光纖無源器件的全光纖化，且具有體積小，損耗低、成本低、可靠性高等顯著特點。
【專利說明】一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光纖激光器領域，尤其涉及一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場匹配功能的光纖器件。

【背景技術】
[0002]隨著光纖技術的迅速發(fā)展，ΜΟΡΑ(Master Oscillator Power-Amplif ier，主振蕩功率放大)結構是獲得高功率光纖激光器的主要研宄方案，大模場面積光纖的應用有效地抑制了光纖非線性和光纖端面損傷的不利影響，實現(xiàn)高功率高脈沖能量的激光輸出，加速了高功率光纖激光器和放大器的發(fā)展。但同時也帶來了兩個問題:一是由于大模場光纖不滿足單模條件，造成了輸出光束質量的降低；二是與小芯徑光纖熔接損耗高。
[0003]因此如何實現(xiàn)大模場面積光纖與小芯徑光纖的低損耗連接，實現(xiàn)二者之間的模式匹配，并保證在高功率下激光器系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，以及良好的光束質量是非常具有挑戰(zhàn)性的問題。
[0004]目前解決這一問題的方法一般為空間透鏡耦合法，熔融拉錐法、過渡光纖法以及熱擴芯處理法?？臻g透鏡耦合方法，操作復雜，結構復雜，并且其空間結構增加了激光器的不穩(wěn)定性及復雜性，阻礙了輸出功率的提高，也不符合光纖激光器系統(tǒng)結構全光纖化的發(fā)展趨勢；光纖熔融拉錐技術，對精度要求較高，在拉錐過程中容易破壞光纖波導結構的均勻對稱性，不適合包層相差較小的光纖熔接處理；過渡光纖法，是在兩種模場不匹配的光纖之間加入一種過渡光纖來減小不同種光模場光纖之間的傳輸損耗，但在加入過渡光纖的同時也引入了插入損耗，增加了激光系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；對于包層直徑相差較小的兩種光纖，對纖芯直徑較小的光纖直接采用熱擴芯處理，操作簡單，成本低廉，可靠性高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型提供一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場匹配器，用以解決目前中實現(xiàn)大模場面積光纖與小芯徑單模光纖的模場失配的問題，實現(xiàn)了大模場面積光纖與小芯徑單模光纖的低損耗連接，并保證在高功率下激光器系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，以及良好的光束質量。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場匹配器，包括大模場輸出光纖(10)、熱擴芯光纖(20)、單模輸送光纖(30)、涂覆層
(40);大模場輸出光纖(10)包括大模場輸出光纖纖芯(11)、大模場輸出光纖包層(12)；單模熱擴芯光纖(20)包括熱擴芯光纖包層(21)、加熱擴張后的纖芯(22);單模輸送光纖
(30)包括單模輸送光纖包層(31)、單模輸送光纖纖芯(32);所述熱擴芯光纖纖芯左端(23)為熱擴芯光纖纖芯(22)的左端部分。
[0007]所述單模熱擴芯光纖(20)左端與大模場輸出光纖(10)相連，單模熱擴芯光纖(20)的另一端與單模輸送光纖(30)為一體結構；涂覆層(40)設置在單模熱擴芯光纖左端
(20)與大模場輸出光纖(10)的連接處。
[0008]所述激光器大模場輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83 ;所述單模熱擴芯光纖(20)是利用加熱直接對單模輸送光纖(30)端部進行熱擴芯處理，纖芯(22)沿光纖軸向逐漸擴張變大，達到與大模場輸出光纖纖芯(12)的匹配；利用電弧放電直接將大模場輸出光纖(10)與單模熱擴芯光纖(20)匹配處進行熔接，二者連接部分自然形成漸變光波導結構，實現(xiàn)了大模場輸出光纖(10)到單模輸送光纖(30)的光模場匹配；然后通過單模輸送光纖(30)將高階模式濾除，得到單模光輸出；最后利用高折射率材料對大模場輸出光纖(10)與熱擴芯光纖左端(20)的熔接點進行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。
[0009]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0010]本實用新型實現(xiàn)了一種集成剝離以及模場匹配功能的光纖器件，該光纖模場匹配器不需要空間耦合的復雜結構，直接實現(xiàn)了大模場光纖與單模光纖的模場匹配。相對于空間耦合復雜結構，額外的過渡結構以及復雜的摻雜組分帶來的損耗來說，該模場匹配器實現(xiàn)了光纖無源器件的全光纖化，且具有體積小，損耗低、成本低、可靠性高等顯著特點。
[0011]同時由于在大模場光纖與單模熱擴芯熔接處涂覆的高折射率材料形成的涂覆層，使得該模場匹配器具有良好的剝離能力，能將包層中的光進行剝離，減小熔接點的熱積累，提高了熱處理能力，保障了激光系統(tǒng)的安全性以及可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的實施例的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器的結構示意圖；
[0013]圖2是本實用新型的【具體實施方式】中加熱前單模光纖的折射率以及加熱后單模熱擴芯光纖的折射率示意圖。
[0014]圖3是本實用新型的【具體實施方式】中加熱后單模熱擴芯光纖的模場直徑示意圖；
[0015]圖中:10、大模場輸出光纖，20、單模熱擴芯光纖，30、單模輸送光纖，40、涂覆層，11、大模場輸出光纖纖芯，12、大模場輸出光纖包層，21、熱擴芯光纖包層，22、加熱擴張后的纖芯，23、熱擴芯光纖纖芯左端，31、單模輸送光纖包層，32、單模輸送光纖纖芯。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體的實施例來對本實用新型一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器做進一步的詳細描述，以求更為清楚地闡述本實用新型的內(nèi)容。
[0017]如圖1所示，一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗模場匹配器，包括大模場輸出光纖(10)、單模熱擴芯光纖(20)、單模輸送光纖(30)、涂覆層(40);大模場輸出光纖(10)包括大模場輸出光纖纖芯(11)、大模場出光纖包層(12);單模熱擴芯光纖(20)包括熱擴芯光纖包層(21)、加熱擴張后的纖芯(22);單模輸送光纖(30)包括單模輸送光纖包層
(31)、單模輸送光纖纖芯(32);所述熱擴芯光纖纖芯左端(23)為加熱擴張后的纖芯(22)的左端部分。
[0018]所述單模熱擴芯光纖(20)的熱擴芯光纖左端(20)與大模場輸出光纖(10)相連，熱擴芯光纖(20)的另一端與單模輸送光纖(30)為一體結構；涂覆層(40)設置在熱擴芯光纖左端(20)與大模場輸出光纖(10)的連接處。
[0019]所述激光器大模場輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83 ;所述單模熱擴芯光纖(20)是利用加熱直接對單模輸送光纖(30)端部進行熱擴芯處理，熱擴芯光纖纖芯(22)沿光纖軸向逐漸擴張變大，使加熱擴張后的纖芯左端(23)與大模場輸出光纖纖芯
(12)達到匹配；利用電弧放電直接將大模場輸出光纖(10)與單模熱擴芯光纖(20)匹配處進行熔接，二者連接部分自然形成漸變光波導結構，實現(xiàn)大模場輸出光纖(10)到單模熱擴芯光纖(20)的光模場匹配；然后通過單模輸送光纖(30)將高階模式濾除，得到單模光輸出；最后利用高折射率材料對大模場輸出光纖(10)與單模熱擴芯光纖左端(20)的熔接點進行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。
[0020]所述的單模熱擴芯光纖(20)是直接對單模輸送光纖(30)端部進行加熱擴芯處理，無需加入其他元器件或過渡光纖，減少了激光系統(tǒng)的復雜性和不穩(wěn)定性。
[0021]所述單模熱擴芯光纖纖芯(22)形成漸變錐形區(qū)域，沿著加熱區(qū)域逐漸擴張，加熱時間越長，纖芯擴張越明顯。
[0022]通過擴至加熱時間與加熱溫度控制單模熱擴芯光纖纖芯擴張大小，使單模熱擴芯光纖纖芯左端(23)與大模場輸出光纖纖芯(12)右端完全匹配。
[0023]所述的模場匹配器是從大模場輸出光纖(10)到單模熱擴芯光纖(20)，而不是從單模輸送光纖(30)到大模場輸出光纖(10)。
[0024]所述激光器大模場輸出光纖纖芯(12)中輸出的激光模場直徑大于單模輸送光纖纖芯(32)中傳輸?shù)募す饽鲋睆健?br> [0025]單模輸出光纖(10)不支持高階模式，會將高階模式有效地剝離掉，最后通過單模輸送光纖(30)得到單模激光輸出。
[0026]所述涂覆層(40)將泄漏到包層中的高階模式光進行剝離，減小大模場輸出光纖
(10)與單模熱擴芯光纖(20)左端的熔接點的熱積累。
[0027]實施例
[0028]本實施例中所采用的激光器的大模場輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83，屬于多模光纖，纖芯中存在高階模式。
[0029]所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，還包括單模熱擴芯光纖(20)，單模熱擴芯光纖(20)由包層(21)和加熱擴張后的纖芯(22)組成。單模熱擴芯光纖(20)是直接對單模輸送光纖(30)端部進行加熱擴芯處理，無需加入其他元器件或過渡光纖。
[0030]更為具體的，本實施例中單模熱擴芯光纖(20)的加熱方式是利用氫氧焰進行加熱，也可以選擇其他加熱方式進行加熱，例如電弧加熱，高溫加熱爐等其他方式。單模熱擴芯光纖(20)其纖芯(22)部分形成漸變錐行區(qū)域，沿著加熱區(qū)域逐漸擴張，加熱時間越長，纖芯擴張越明顯。
[0031]進一步說明的，本實施例中通過調節(jié)氫氧焰的參數(shù)，加熱時間，加熱長度等參數(shù)，保證單模熱擴芯光纖纖芯左端(23)達到與大模場輸出光纖纖芯(12)右端完全匹配，實現(xiàn)二者的模場匹配。圖2為加熱前單模光纖的折射率以及加熱后單模熱擴芯光纖的折射率示意圖。
[0032]本實施例中利用電弧放電直接將大模場輸出光纖(10)右端與單模熱擴芯光纖
(20)左端進行熔接，實現(xiàn)二者連接，連接部分自然形成漸變光波導結構，實現(xiàn)大模場輸出光纖(10)到單模輸送光纖(30)的光模場匹配。其中值得注意的是從大模場輸出光纖(10)到單模熱擴芯光纖(20)的模場匹配，而不是從單模光纖(20)到大模場輸出光纖(10)的模場匹配。二者的熔接方式還可以采用其他方法。圖3加熱后單模熱擴芯光纖的模場直徑示意圖。
[0033]本實施例中利用單模輸送光纖(30)不支持高階模式的特性將高階模式有效地濾除，得到單模激光輸出。
[0034]本實施例中利用高折射率材料對大模場輸出光纖(10)右端與熱擴芯光纖(20)左端的熔接點進行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。這種高折射率材料形成的涂覆層(40)將泄露到包層中的高階模式進行剝離，減小大模場輸出光纖(10)右端與熱擴芯光纖(20)左端的熔接點的熱積累，避免光纖因為溫度太高而對光纖造成損傷，影響光纖的使用以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0035]以上對本實用新型所一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本實用新型的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本實用新型的限制。
【權利要求】
1.一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，其特征在于:該匹配器包括大模場輸出光纖(10)、熱擴芯光纖(20)、單模輸送光纖(30)、涂覆層(40);大模場輸出光纖(10)包括大模場輸出光纖纖芯(11)、大模場輸出光纖包層(12);單模熱擴芯光纖(20)包括包層(21)、加熱擴張后的纖芯(22);單模輸送光纖(30)包括單模輸送光纖包層(31)、單模輸送光纖纖芯(32);所述熱擴芯光纖纖芯左端(23)為熱擴芯光纖纖芯(22)的左端部分; 所述單模熱擴芯光纖(20)左端與大模場輸出光纖(10)相連，單模熱擴芯光纖(20)的另一端與單模輸送光纖(30)為一體結構；涂覆層(40)設置在熱擴芯光纖(20)左端與大模場輸出光纖(10)的連接處； 所述激光器大模場輸出光纖(10)的V值大于2.405且小于3.83 ;所述單模熱擴芯光纖(20)是利用加熱直接對單模輸送光纖(30)端部進行熱擴芯處理，纖芯(22)沿光纖軸向逐漸擴張變大，達到與大模場輸出光纖纖芯(12)的匹配；利用電弧放電直接將大模場輸出光纖(10)與單模熱擴芯光纖(20)匹配處進行熔接；利用高折射率材料對大模場輸出光纖(10)與單模熱擴芯光纖(20)左端的熔接點進行涂覆，形成一層均勻涂覆層(40)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，其特征在于:單模熱擴芯光纖(20)是直接對單模輸送光纖(30)端部進行加熱擴芯處理。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，其特征在于:所述單模熱擴芯光纖(20)的纖芯(22)形成漸變錐形區(qū)域，沿著加熱區(qū)域逐漸擴張。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，其特征在于:通過擴至加熱時間與加熱溫度控制單模熱擴芯光纖纖芯擴張大小，使單模熱擴芯光纖纖芯左端(23)與大模場輸出光纖纖芯(12)右端完全匹配。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，其特征在于:所述的模場匹配器是從大模場輸出光纖(10)到單模熱擴芯光纖(20)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，其特征在于:所述激光器大模場輸出光纖纖芯(12)中輸出的激光模場直徑大于單模輸送光纖纖芯(32)中傳輸?shù)募す饽鲋睆健?br> 【文檔編號】G02B6/255GK204256211SQ201420652172
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權日:2014年11月4日
【發(fā)明者】王智勇, 張晶, 葛廷武, 孫暢, 董繁龍, 高靜, 符聰, 李思源 申請人:北京工業(yè)大學