一种泵浦光纤免预处理的泵浦与信号合束器及其制备方法

本发明属于光电子学器件领域，更具体地涉及一种泵浦光纤免预处理的泵浦与信号合束器及其制备方法。

背景技术：

1、高功率光纤泵浦与信号合束器是全光纤化激光器的核心器件之一，在激光器中主要负责泵浦光注入和信号光传输，它的光学性能直接影响了激光器的输出总功率和光束质量。根据泵浦耦合方式的不同，可以将合束器分为侧面泵浦和端面泵浦两种。侧面泵浦技术指泵浦光从双包层信号光纤的侧面耦合进包层中，其优点为在制备过程中无需将信号光纤截断，避免信号光纤熔接对芯时造成的损耗，较易实现高效率的信号光传输。同时，其缺点也比较明显，侧面泵浦型合束器的泵浦臂很难扩展到两个臂以上，其数量是由制备泵浦臂的排列形式决定，并且泵浦光耦合进双包层光纤后光束发散角较大，容易导致输出光纤涂层发热，在系统中存在热效应问题。端面泵浦型合束器主要指泵浦光从截断的泵浦光纤端面耦合进双包层光纤的内包层中，相较于侧面泵浦型合束器其输出泵浦光具有较小的发散角、对双包层输出光纤的涂层产生较小的热效应。目前，泵浦与信号合束器的制备工艺较为繁琐，输入、输出信号光纤纤芯的模场适配是端面泵浦型合束器需要解决的主要问题之一。在专利申请号为:202211659898.4中，提出了采用泵浦注入光纤与玻璃管并束拉锥，信号光纤经处理后插入玻璃管内再与输出光纤熔接的技术，可以有效解决输入、输出信号光纤的模场适配问题，减小信号插入损耗，但玻璃管在制备的过程中易断裂，合束器的制备难度大、良品率低，当泵浦注入光纤和信号光纤的直径不满足约束关系时，光纤束的不均匀排列会产生并束难题，信号光难以实现高效率的传输耦合，并且信号光纤和光纤束间仅通过渗透的残余热量熔接，熔接强度较弱，合束器的抗压能力较差。

技术实现思路

1、本发明主要解决的问题为：在泵浦与信号合束器的制备过程中，玻璃管易断裂的问题，泵浦注入光纤与信号光纤包层直径不匹配引起的光纤束不均匀排列问题，信号光纤在参与光纤束熔融拉锥过程中产生纤芯形变问题，这些问题将导致泵浦光与信号光难以实现高效率的传输耦合、信号光的光束质量退化等。泵浦与信号合束器复杂繁琐的制备工艺也导致了样品制备良品率低的问题。

2、本发明中提出了一种泵浦光纤免预处理的泵浦与信号合束器的制备方法可以解决上述问题。其采用的具体技术方案如下：

3、一种泵浦光纤免预处理的泵浦与信号合束器，包括信号光纤、空心光纤、输出光纤以及n根泵浦注入光纤，其特点在于：将n根泵浦注入光纤围绕空心光纤均匀排列组成光纤束，通过夹具扭转并束拉锥形成光纤束；空心光纤的包层直径与各泵浦注入光纤的包层直径相等；信号光纤需要进行腐蚀处理，直径由大至小依次为原始区、过渡区和平直区，其中信号光纤平直区包层的直径与光纤束平直区空心光纤的内径相等；信号光纤需要从空心光纤的一侧插入，再次通过加热源加热与光纤束形成一个整体；输出光纤包层直径与光纤束平直区的直径相等。

4、所述信号光纤一般需要经过腐蚀处理，其中腐蚀后的信号光纤包括原始区、过渡区域以及平直区。平直区的包层直径与光纤束锥腰平直区处的空心光纤的内径相等或略小。

5、所述的输出光纤为双包层大模场光纤。

6、所述泵浦光纤，也可称为泵浦注入光纤，在泵浦与信号合束器的制备中，泵浦光纤无需经过预腐蚀或者预拉锥等工艺处理。

7、一种泵浦光纤免预处理的泵浦与信号合束器的制备方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：

8、s1：首先将泵浦注入光纤和空心光纤的涂覆层进行一段区域的窗口剥除，将n根泵浦注入光纤与一根空心光纤通过指定的夹具进行扭转并束，并束处理后，空心光纤被泵浦注入光纤均匀围绕，其中n≥3；

9、s2：将s1中形成的光纤束进行熔融拉锥处理，形成上锥区、平直区以及下锥区，其中，熔融拉锥后光纤束平直区的直径与输出光纤的包层直径相等。将熔融拉锥后的光纤束在平直区截断，测量出空心光纤的内径。

10、s3：将信号光纤进行腐蚀处理，腐蚀后形成原始直径区、过渡区以及平直区。其中平直区的包层直径与s2测得空心光纤的内径相等或略小。

11、s4：重复s1的步骤，重新采用n根泵浦注入光纤和一根空心光纤进行并束熔融拉锥处理。拉锥完成后，将腐蚀后的信号光纤从空心光纤的一侧插入，使得腐蚀后信号光纤的平直区穿过光纤束锥腰的平直区。再次对光纤束的锥区进行加热处理，使得空心光纤略微塌缩与信号光纤形成一个整体。

12、s5：将s4所得光纤束在其平直区截断，再与输出光纤进行熔接形成泵浦与信号合束器。

13、所述s2：具体是将s1中形成的光纤束进行熔融拉锥处理后，其锥腰截面轮廓为圆形，信号光纤的纤芯处于空心光纤的正中心，周围均匀、紧密环绕着n根泵浦光纤。

14、与现有技术相比，本发明的优点在于：

15、1.采用带有低折射率涂覆层的空心光纤，可以保证其参与光纤束的扭转并束拉锥的过程中，空心光纤不易受力断裂，提高了光纤束的抗压能力和可弯曲性，同时也降低了泵浦与信号合束器制备的难度。

16、2.空心光纤的低折射率涂覆层可以将光纤束中的回返光约束在其中，避免光溢出导致的涂层发热问题。

17、3.泵浦光纤无需经过拉锥或腐蚀等预处理，不仅简化了泵浦与信号合束器制备的工艺流程，降低了信号与泵浦合束器的制备难度，而且减少了因预拉锥引起的光纤直径起伏较大，光纤并束时产生的排列错误，提升了泵浦与信号合束器的制备效率和良品率。

18、4.采用包层直径相等的空心光纤与泵浦注入光纤排列组成光纤束，可以有效解决泵浦注入光纤包层直径与信号光纤包层直径不一致导致的无法均匀排列的问题。

19、5.信号光纤通过腐蚀处理只改变其包层的直径尺寸，不改变纤芯的几何尺寸和折射率分布，因此不会影响信号光的传输。依据测得光纤束锥腰平直区处空心光纤的内径大小，计算出信号光纤需要腐蚀的包层尺寸，可以保证信号光纤与光纤束熔合后其纤芯正好处于空心光纤(即整个光纤束)的中心位置，实现信号光的高传输耦合效率及高光束质量。

20、6.泵浦注入光纤与空心光纤并束拉锥后，将腐蚀完成的信号光纤插入空心光纤内，可以避免光纤束熔融拉锥过程中信号光纤纤芯产生形变问题，可以实现超低损耗的信号光传输，提高输出光的光束质量。同时信号光纤没有经过高温长时间加热，因此信号光在传输过程中不发生任何模场扩张。

21、7.信号光纤插入空心光纤后，将其通过加热源对光纤束锥区的再次加热处理可以提高信号光纤与空心光纤的熔接强度，避免了信号光纤与空心光纤连接处的断裂或脱落，进一步增强了泵浦与信号合束器的整体稳定性和耐用性。

22、8.本发明采用空心光纤代替信号光纤参与光纤束并束拉锥的技术手段，解决玻璃管易断裂的问题，而且增强了信号光纤与光纤束的熔接强度，提高了合束器的抗压能力。

23、9.本发明采用相同直径的泵浦光纤与空心光纤并束拉锥的技术手段，可以解决泵浦光纤与信号光纤包层直径不匹配时光纤束的不均匀排列问题，简化了泵浦与信号合束器制备的工艺流程，降低了信号与泵浦合束器的制备难度，提升了泵浦与信号合束器的制备效率和良品率，也避免了信号光纤在参与光纤束熔融拉锥过程中产生纤芯形变问题，当信号注入光纤与输出光纤的纤芯参数相同时，本发明描述方法研制的泵浦与信号合束器能有效实现信号光的高传输耦合效率。