一種合束器及其制作方法
【專利說明】一種合束器及其制作方法 【技術領域】
[0001] 本發明涉及光纖及激光技術領域，特別涉及一種用于千瓦級光纖激光器的光纖信 號合束器及其制作方法。 【【背景技術】】
[0002] 高功率光纖激光器在光束質量、體積、重量、效率、散熱等方面均具有明顯優勢，現 已廣泛應用于光纖通訊、激光空間遠距離通訊、工業造船、汽車制造、激光切割、金屬焊接、 軍事國防安全、生物醫療、大型基礎建設等民用工業和軍事領域，被稱之為"第三代激光 器"，尤其是在激光加工和國防安全兩個領域，受到越來越多的重視和研究。其中，高功率光 纖激光器中最關鍵的無源器件就是光纖栗浦合束器。此外，受光纖非線性效應及光學熱損 傷等機制的限制，單根光纖激光器的輸出的最高功率和光束質量均已接近理論極限值，為 了獲得更高功率的光纖激光輸出，對多個中高等功率的光纖激光進行功率合束是一種有效 提升激光輸出功率的手段，其中所需的關鍵無源元件就是光纖信號合束器。
[0003] 目前的現有技術中，制作光纖合束器時一般都采用將多個光纖激光器的輸出尾纖 捆綁成一束后，外層用石英套管套上進行熔融拉錐的方式。以制作7 X 1栗浦合束器為例，先 將七根多模光纖捆扎成一個光纖束，然后使用光纖拉錐機將光纖束的石英套管拉錐。拉錐 后，將光纖束插入石英管內進行二次拉錐，最后在錐區的適當位置切割，然后在斷面處與多 模光纖熔接在一起。這樣，就將七根多模光纖中傳輸的栗浦光耦合到輸出光纖的內包層中 傳輸。
[0004] 然而，利用上述技術研制的光線合束器主要的問題就是當輸入端尾纖增加時，制 作工業難度和成本倍增。例如，制作19 X 1栗浦合束器就會比制作7 X 1栗浦合束器困難得 多，因為光纖直徑只有百微米量級，當光纖數量增加到一定數量后，很難將光纖束有規則， 對稱性的排列。 【
【發明內容】
】
[0005] 本發明要解決的技術問題是如何提供一種合束器及其制作方法，以解決隨著尾纖 數量增加，造成合束器制作工業大幅增加，制作成本昂貴的問題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：
[0007] -種合束器的制造方法所述合束器的制造方法包括如下步驟:將N根光纖分別剝 離涂覆層后排列成一預定形狀，其中N為大于或等于2的整數;將所述排列成預定形狀的N根 被剝離涂覆層的光纖插入一第一石英套管內，其中，該第一石英套管的內徑被拉錐成與所 述N根光纖排列成的預定形狀的外徑相匹配的大小;及將插入所述N根光纖后的所述第一石 英套管加熱收縮緊固后再將第一石英套管外壁腐蝕直到所述第一石英套管外壁的壁厚小 于 100μL?ο
[0008] 優選地，所述第一石英套管為一純的石英套管，通過上述方法制作出的為一拉錐 前的Ν X 1合束器，再經過拉錐、切割端面和續接尾纖就得到一個Ν X 1合束器，所述第一石英 套管為所述制作出的NX 1合束器的機械外包層。
[0009] 優選地，所述第一石英套管為一摻氟的石英套管，通過上述方法制作出的為一 MX NX 1的合束器的單元模塊，所述制作方法進一步包括如下步驟:將Μ個所述單元模塊排列成 一預定形狀，其中Μ為大于或等于2的整數;將所述排列成預定形狀的Μ個單元模塊插入一第 二石英套管內，其中，該第二石英套管為一純的石英套管且所述第二石英套管的內徑被拉 錐成與所述Μ個單元模塊排列成的預定形狀的外徑相匹配的大小;及將插入所述Μ個單元模 塊后的所述第二石英套管加熱收縮緊固后再將第二石英套管外壁腐蝕直到所述第二石英 套管外壁的厚度小于100μπι，從而得到一個拉錐前的ΜΧΝΧ1的合束器，再經過拉錐、切割端 面和續接尾纖就得到一個Μ X Ν X 1合束器，所述第二石英套管為所述制作出的Μ X Ν X 1合束 器的機械外包層。
[0010] 優選地，所述Ν等于3、7或19，Μ等于3、7或19,所述預定形狀為一六邊形外接圓形 狀。
[0011]優選地，采用氫氧焰熔融拉錐或二氧化碳激光拉錐方式對所述第一石英套管及第 二石英套管進行拉錐。
[0012] 優選地，采用具有強腐蝕性的氣體或液體對所述第一石英套管外壁或第二石英套 管外壁進行腐蝕。
[0013] 優選地，采用氫氟酸或濃硫酸對所述第一石英套管外壁或第二石英套管外壁進行 腐蝕。
[0014] 本發明還提供了一種合束器，所述合束器由以上所述的方法制成。
[0015] 本發明的有益效果在于，相較于現有技術，本發明的合束器制作方法通過化整為 零的方式將光纖模塊化后再進行集成化實現合束器的制作，制作工藝簡單，成本低廉，且解 決了因光纖數量增多造成的光纖合束和排列不規則的問題。 【【附圖說明】】
[0016] 圖1是利用本發明合束器制作方法制成的7X1光纖合束單元模塊的端面示意圖。 [0017]圖2是利用7 X 1光纖合束單元模塊排列的7 X 7 X 1合束器的端面示意圖。
[0018] 圖3是利用本發明合束器制作方法制成的19X1光纖合束單元模塊的端面示意圖。
[0019] 圖4是利用7 X 1光纖合束單元模塊排列的7 X 19 X 1合束器的端面示意圖。
[0020] 附圖標記：
【【具體實施方式】】
[0023] 本發明提供一種合束器的制造方法，所述合束器的制造方法通過將多根光纖進行 模塊化并將多個模塊化的單元模塊進行集成為一合束器，制作工藝簡單，成本低廉，且解決 了因光纖數量增多造成的光纖合束器和排列不規則的問題。
[0024] 本發明提供的一種合束器的制造方法中，首先是將N根光纖分別剝離涂覆層后排 列成一預定形狀。其中，所述N為大于或等于2的任意整數，所述預定形狀可以為正方形、長 方形、圓形、三角形、六邊形等，在本發明的實施例中，所述N等于3、7或19,所述預定形狀為 六邊形外接圓形狀。所述光纖可以是單包層光纖(例如栗浦光纖、單模光纖），也可以是雙包 層的大模場傳能光纖，所述光纖的種類可以是非保偏光纖，保偏光纖或光子晶體光纖。所述 剝離光纖涂覆層的技術屬于現有技術，在此不再贅述。
[0025] 在將所述N根光纖排列成所述預定形狀后，將所述排列成預定形狀的N根被剝離涂 覆層的光纖插入一第一石英套管內，其中該第一石英套管的內徑被拉錐成與所述N根光纖 排列成的預定形狀的外徑相匹配的大小。所述拉錐的方式可以是任意一種能使得所述第一 石英套管內徑收縮減小的方式，在本發明的實施例中，所述拉錐方式為采用氫氧焰熔融拉 錐或二氧化碳激光拉錐。
[0026] 將插入所述N根光纖后的所述第一石英套管加熱收縮緊固后再將第一石英套管外 壁進行腐蝕，知道所述第一石英套管外壁的壁厚小于100μπι。具體地，可以通過采用具有強 腐蝕性的氣體或液體對所述第一石英套管外壁進行腐蝕，在本發明的實施例中，采用氫氟 酸或濃硫酸對所述第一石英套管外壁進行腐蝕。
[0027] 在本發明一實施方式中，所述第一石英套管為一純的石英套管，通過上述方法制 作出的為一拉錐前的NX 1合束器，再經過拉錐、切割端面和續接尾纖等就得到一個NX 1合 束器，所述第一石英套管為所述制作出的NX 1合束器的機械外包層。所述拉錐、切割端面及 續接尾纖均屬于現有技術范疇，在此不再贅述。
[0028]在本發明的另一實施方式中，所述第一石英套管為一摻氟的石英套管，通過上述 方法制作出的為一MX NX 1合束器的NX 1單元模塊，所述石英套管選用摻氟的石英套管的 原因為其能夠顯著降低折射率而不引起損耗增加，在后續將Μ個單元模塊的集成化處理時 保證各單元模塊中的光的獨立耦合。所述合束器的制造方法進一步包括將Μ個NX 1單元模 塊進行集成化的過程，具體步驟如下：
[0029] 將Μ個所述NX 1單元模塊排列成一預定形狀，其中Μ為大于或等于2的整數，所述預 定形狀可以為正方形、長方形、圓形、三角形、六邊形等，在本發明的實施例中，所述Μ等于3、 7或19,所述預定形狀為六邊形外接圓形狀。
[0030] 將所述排列成預定形狀的Μ個單元模塊插入一第二石英套管內，其中，該第二石英 套管為一純的石英套管且所述第二石英套管的內徑被拉錐成與所述Μ個單元模塊排列成的 預定形狀的外徑相匹配