本發(fā)明主要涉及到光纖器件，尤其是一種反向泵浦/信號(hào)合束器、制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、空芯光纖憑借獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可以將光限制在中空纖芯，提供了近自由空間的傳播環(huán)境，相較于傳統(tǒng)的實(shí)芯光纖具有更高的損傷閾值、更低的光學(xué)非線性效應(yīng)和更低的波導(dǎo)色散，在傳感、通信、光纖氣體激光器和高功率激光傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。為在傳統(tǒng)光纖激光器系統(tǒng)中應(yīng)用性能優(yōu)異的空芯光纖，已經(jīng)發(fā)展出了空間光路耦合和光纖熔接兩種方法實(shí)現(xiàn)實(shí)芯光纖與空芯光纖的高效率耦合。其中，光纖熔接方法已經(jīng)發(fā)展出了可以實(shí)現(xiàn)模場(chǎng)匹配、承受高功率激光、低損耗的技術(shù)手段，有希望實(shí)現(xiàn)小型化和全光纖集成化。

2、光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)化效率高、光束質(zhì)量好及柔性傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、科學(xué)研究、生物醫(yī)療等諸多領(lǐng)域。隨著泵浦方案的改進(jìn)以及光纖無源器件性能的提升，光纖激光器系統(tǒng)的輸出功率不斷突破。但是，隨著光功率的提升，系統(tǒng)中的非線性效應(yīng)影響更加明顯，限制了光纖激光器系統(tǒng)輸出功率的提升，影響輸出光的光束質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，采用反向泵浦方案、減小光纖長度和應(yīng)用大模場(chǎng)直徑的光纖可以有效提高系統(tǒng)的非線性閾值。反向泵浦/信號(hào)合束器是光纖激光器中實(shí)現(xiàn)反向泵浦的核心器件，承擔(dān)著將泵浦光高效耦合進(jìn)有源光纖包層、信號(hào)光高質(zhì)量傳輸?shù)娜蝿?wù)，其性能好壞直接決定激光器系統(tǒng)的泵浦能力以及輸出光功率水平。

3、反向泵浦/信號(hào)合束器的輸入信號(hào)光纖一般會(huì)作為整個(gè)光纖激光器系統(tǒng)的輸出光纖，為了減小非線性效應(yīng)反向泵浦/信號(hào)合束器的信號(hào)光纖的長度較短，通常只有2-3?m的長度，限制了高功率光纖激光器的應(yīng)用場(chǎng)景。并且，全光纖結(jié)構(gòu)光纖激光器系統(tǒng)中的重要光纖器件包括光纖光柵、泵浦/信號(hào)合束器、包層光濾除器、端帽等，它們之間通過熔點(diǎn)進(jìn)行連接，過多的熔點(diǎn)一定程度上會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸出的光束質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種反向泵浦/信號(hào)合束器、制備方法及應(yīng)用。

2、具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一方面，提出一種反向泵浦/信號(hào)合束器的制備方法，包括以下步驟：

4、根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景需求，選擇實(shí)芯光纖和空芯光纖分別作為反向泵浦/信號(hào)合束器的輸出光纖和信號(hào)光纖；

5、通過對(duì)實(shí)芯光纖進(jìn)行加熱擴(kuò)芯或者熔融拉錐操作后進(jìn)行平角切割得到輸出光纖，以使輸出光纖與空芯光纖能夠?qū)崿F(xiàn)模場(chǎng)匹配；

6、備泵浦光纖和占位光纖，利用多孔管光纖夾具輔助泵浦光纖與占位光纖組束，得到第一光纖束，其中各泵浦光纖以及占位光纖的一端均剝除一定長度的涂覆層，多根泵浦光纖均勻排布在占位光纖的外圍；

7、將第一光纖束穿入預(yù)拉錐好的玻璃管中得到套管的第二光纖束；

8、從第二光纖束中抽出占位光纖，得到第三光纖束；

9、對(duì)第三光纖束進(jìn)行熔融拉錐，得到第四光纖束，所述第四光纖束的中心保持有中心孔；

10、利用光纖切割刀切割熔融拉錐后得到的第四光纖束的腰區(qū)，保證切割后光纖束腰區(qū)具備一定長度并且腰區(qū)端面平整、質(zhì)量良好，得到第五光纖束，所述第五光纖束的中心保持有中心孔；

11、對(duì)空芯光纖的一端剝除一定長度的涂覆層，同時(shí)根據(jù)第五光纖束其中心孔的尺寸對(duì)空芯光纖剝除涂覆層的一端的包層進(jìn)行腐蝕并在腐蝕后進(jìn)行平角切割，使空芯光纖能夠插入所述中心孔中；

12、將腐蝕處理后的空芯光纖穿入所述第五光纖束的中心孔中完成組束，得到第六光纖束；

13、將第六光纖束與輸出光纖熔接：先利用光束質(zhì)量反饋對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空芯光纖和輸出光纖纖芯對(duì)準(zhǔn)，然后利用精密位移臺(tái)移動(dòng)空芯光纖遠(yuǎn)離熔點(diǎn)（即第五光纖束與輸出光纖熔接時(shí)的熔點(diǎn)），使用光纖熔接機(jī)將第五光纖束與輸出光纖熔接，最后利用精密位移臺(tái)移動(dòng)空芯光纖以將第六光纖束中空芯光纖和輸出光纖兩者端面貼緊后熔接；

14、完成反向泵浦/信號(hào)合束器的制作。

15、將第六光纖束中的空芯光纖與輸出光纖熔接：先利用光束質(zhì)量反饋對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空芯光纖和輸出光纖纖芯對(duì)準(zhǔn)，然后利用精密位移臺(tái)移動(dòng)空芯光纖遠(yuǎn)離熔點(diǎn)，避免第五光纖束與輸出光纖熔接時(shí)導(dǎo)致空芯光纖微結(jié)構(gòu)變形，使用光纖熔接機(jī)將第五光纖束與輸出光纖熔接，最后利用精密位移臺(tái)將第六光纖束中空芯光纖和輸出光纖兩者端面貼緊后熔接，熔接過程中通過控制放電量使得空芯光纖微結(jié)構(gòu)不會(huì)變形塌縮；

16、完成反向泵浦/信號(hào)合束器的制作。

17、進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括：在距反向泵浦/信號(hào)合束器其合束端一定距離的信號(hào)光纖上設(shè)置有一定長度的空芯光纖毛化段作為包層光濾除器，所述空芯光纖毛化段是剝除一定長度空芯光纖的涂覆層后再利用腐蝕劑腐蝕毛化空芯光纖包層而形成。

18、進(jìn)一步地，所述空芯光纖為反諧振空芯光纖、kagome光纖、嵌套式反諧振空芯光纖、空芯光子帶隙光纖、毛細(xì)管光纖、多空光纖中的一種，并且根據(jù)具體應(yīng)用需求，可以靈活選擇空芯光纖的長度，其長度可以取3?-100?m，甚至更長。根據(jù)光纖激光器輸出光束質(zhì)量的要求，選擇合適的空芯光纖所能支持的模式數(shù)，如單模空芯光纖或者少摸空芯光纖，在反向泵浦/信號(hào)合束器處利用空芯光纖支持的模式數(shù)進(jìn)行模式濾除和選擇功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器輸出光的模式數(shù)和光束質(zhì)量的精確控制。

19、另一方面，本發(fā)明提供一種采用反向泵浦/信號(hào)合束器的制備方法制備得到的反向泵浦/信號(hào)合束器，包括信號(hào)光纖、輸出光纖以及多根泵浦光纖，所述信號(hào)光纖為空芯光纖，所述輸出光纖為實(shí)芯光纖，所述信號(hào)光纖以及多根泵浦光纖的同一端通過熔融拉錐組束形成光纖束的合束端，所述光纖束的合束端具有錐區(qū)和腰區(qū)，所述信號(hào)光纖位于光纖束的中心位置，其余多根泵浦光纖均勻排布在所述信號(hào)光纖的外圍，所述輸出光纖與所述光纖束的合束端熔接，且光纖束中空芯光纖與輸出光纖的纖芯對(duì)準(zhǔn)且兩者端面貼緊熔接形成的熔點(diǎn)處能發(fā)生菲涅爾反射，輸出光纖與空芯光纖的模場(chǎng)匹配。

20、進(jìn)一步地，距離合束端一定距離的信號(hào)光纖上設(shè)置有一定長度的空芯光纖毛化段作為包層光濾除器，所述空芯光纖毛化段是剝除一定長度空芯光纖的涂覆層后再利用腐蝕劑腐蝕毛化空芯光纖包層而形成。

21、上述反向泵浦/信號(hào)合束器的制備方法制備得到的反向泵浦/信號(hào)合束器可以應(yīng)用到光纖激光器系統(tǒng)中，同時(shí)承擔(dān)反向泵浦/信號(hào)合束器和低反射率光柵的任務(wù)，可以簡(jiǎn)化光纖激光器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)激光在激光器輸出光纖中的高質(zhì)量長距離傳輸，滿足大功率光纖激光器一些遠(yuǎn)程操作的需求，擴(kuò)展其應(yīng)用場(chǎng)景。

22、相對(duì)于信號(hào)光纖為實(shí)芯光纖的傳統(tǒng)反向泵浦/信號(hào)合束器，本發(fā)明的有益效果為：

23、(1)?采用了更低非線性效應(yīng)的空芯光纖，在高功率光纖激光器系統(tǒng)中，反向泵浦/信號(hào)合束器的信號(hào)光纖長度可以取的更長，光纖激光器系統(tǒng)和輸出端口可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離分布，可以保證激光器系統(tǒng)在特殊環(huán)境下的遠(yuǎn)程工作，拓展高功率光纖激光器的應(yīng)用場(chǎng)景；

24、(2)?根據(jù)具體應(yīng)用需求，靈活選擇支持不同模式數(shù)的空芯光纖，包括：?jiǎn)文？招竟饫w、少?？招竟饫w、多?？招竟饫w等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖激光器系統(tǒng)輸出光的模式數(shù)和光束質(zhì)量的控制，滿足不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求；

25、(3)?輸出光纖和空芯光纖切平角直接熔接，熔點(diǎn)處的菲涅爾反射可以發(fā)揮低反射率光柵的作用，參與構(gòu)成光纖激光器的諧振腔；

26、(4)?將采用本發(fā)明方法制備得到反向泵浦/信號(hào)合束器應(yīng)用于光纖激光器中，相較于傳統(tǒng)的光纖激光器系統(tǒng)，本發(fā)明憑借基于空芯光纖的反向泵浦/信號(hào)合束器，將傳統(tǒng)反向泵浦/信號(hào)合束器、低反射率光柵以及包層光濾除器的功能集成到一個(gè)反向泵浦/信號(hào)合束器上，減少了光纖激光器系統(tǒng)中的熔點(diǎn)，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減小輸出光光束質(zhì)量的劣化。