专利名称：一种大功率光纤激光器的侧面耦合器及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤侧面耦合器制作方法，属于光学与激光光电子技术领域。
背景技术
光纤激光器具有效率高、稳定性好、阈值低、光束质量好、结构紧凑体积小和散热 性好等特点，同其它激光系统相比，光纤激光器占有明显的优势。自1988年Snitzer等人 提出双包层光纤之后，光纤激光器和放大器获得了快速发展。特别是近年来，随着泵浦技术 和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率得到显著的提高，使其在工业加工、 通信行业、军事和医疗领域有着广泛的应用前景。
目前，高功率光纤激光器的实现的关键是如何使增益光纤获得高的泵浦功率，因 此，泵浦耦合方法的改进是一项关键技术。目前常用的泵浦耦合技术为端面泵浦和侧面泵 浦，侧面泵浦相对于端面泵浦有更大的泵浦面积，可以在双包层光纤的多个不同位置增加 泵浦点提高泵浦功率，从理论上讲，可以根据需要增加泵浦激光器的数量，因此，更容易实 现大功率泵浦光的耦合。端面泵浦方式受限于光纤端面面积，使得光纤端面处的光密度极 高，易造成光纤端面损伤。同时光纤端面接受光斑面积太小，以至于稍微的位置偏移都会引 起耦合效率的急剧下降。
侧面耦合技术发展很快，主要有DiGiovarmi等人开展的熔锥侧面泵浦技术， L. Goldberg等人开展的V型槽耦合泵浦技术，J. P. Koplow等人开展的内嵌反射镜耦合技 术。这些耦合方式均可采用多点阵列式侧面耦合，获得高的输出功率。但是，上述侧面耦合 方式中的泵浦光纤和双包层光纤的轴线均处在一个平面上，在光纤激光器大功率运转情况 下，双包层光纤中的泄露光会在泵浦点重新回到泵浦光纤，对泵浦源产生极大的损害，造成 光纤激光器的寿命减短。发明内容
本发明的目的在于克服现有泵浦耦合的上述缺陷，提出一种结构更加完善的光纤 激光泵浦方法。与现有的侧面泵浦方法相比，本发明的泵浦结构既可以充分利用泵浦光纤 提供的泵浦能量，又能在一定程度上防止信号光泄露对泵浦源的损害，提高光纤激光系统 的使用寿命，降低成本。
本发明提出一种结构更加完善的光纤激光器侧面耦合器及其制作方法，为实现上 述发明目的，本发明采取如下技术方案
—种侧面激光器，包括一根非圆对称的双包层光纤和与其耦合的一根或者多跟泵 浦光纤。其中双包层光纤的内包层可以是非圆对称的矩形结构、正方形结构、D型结构、正 六边形结构、正八边形结构、偏心型等；一根泵浦或者多跟泵浦光纤的端面与双包层的侧面 耦合；多根泵浦光纤在双包层光纤的耦合区混合密排，既有沿双包层光纤轴线方向的排列， 也有沿垂轴平面的密排，尽可能多的增加耦合点提高泵浦功率。
一种侧面激光器的制作方法，包括如下步骤
1)取一根双包层光纤，其内包层是非圆对称的，其结构可以是矩形结构、正方形结 构、D型结构、正六边形结构、正八边形结构、偏心型等；
2)在双包层光纤的靠近中央部分，选取一段去除双包层光纤的涂覆层和外包层， 并用酒精清洁干净；
3)对双包层光纤去除涂覆层和外包层这一段区域进行加热熔融，在表面张 力作用下，非圆对称的内包层形成一个圆柱形的耦合区域(A)，该圆柱的半径为r，则
4)取一根泵浦光纤，将泵浦光纤与双包层光纤耦合的端面进行去涂覆层操作，并 清洗干净；
5)将泵浦光纤的端面进行精确研磨抛光处理，使处理端面的圆弧曲率半径为r， 其弧形中心轴线方向与双包层光纤轴线平行，与泵浦光纤的轴线成角度θ 12，相当于泵浦光 纤与双包层光纤并排，泵浦光纤在两光纤轴线形成的平面内绕泵浦点先旋转一个角度θ ” 接着，在垂直Q1所在平面旋转一个角度θ 2，形成异面耦合，两光纤轴线所成夹角为θ12，即 COS θ 12 = cos θ lC0S θ 2。其中，角度θ工和θ 2应根据所选双包层光纤和泵浦光纤的参数选 择，使泵浦光能高效率的耦合进泵浦光纤。
6)将泵浦光纤的处理断面与双包层光纤的圆柱形耦合区光学密接触并熔接在一 起，再用低折射率的聚合物涂敷、封装形成异面耦合器。
上述技术方案中还可以包括如下步骤
7)另取N1根泵浦光纤，与所述步骤中的4) ,5)对N1根泵浦光纤进行处理；
8)将&根泵浦光纤沿双包层光纤轴线方向在熔融后的圆形区耦合，与所述步骤 6)进行处理；
上述技术方案中还可以包括如下步骤
9)另取队根泵浦光纤，与所述步骤中的7)对队根泵浦光纤进行处理；
10)将队根泵浦光纤在双包层光纤轴线的垂直平面内与熔融后的圆形区耦合的排 列方式，与所述步骤6)进行处理；
上述技术方案中还可以包括如下步骤
11)将泵浦光纤在双包层光纤的耦合区混合密排，既有沿双包层光纤轴线方向的 排列，也有沿垂轴平面的密排，尽可能多的增加耦合点提高泵浦功率。
上述技术方案中，所述步骤7)中泵浦光纤的数量N1的选择，
权利要求
1.一种大功率光纤激光器的侧面耦合器，其特征在于包括一根非圆对称的双包层光 纤和与其耦合的一根或者多跟泵浦光纤。其中双包层光纤的内包层可以是非圆对称的矩 形结构、正方形结构、D型结构、正六边形结构、正八边形结构、偏心型等；一根泵浦或者多 跟泵浦光纤的端面与双包层的侧面耦合；多根泵浦光纤在双包层光纤的耦合区混合密排， 既有沿双包层光纤轴线方向的排列，也有沿垂轴平面的密排，尽可能多的增加耦合点提高 泵浦功率。
2.根据权利要求1所述的一种大功率光纤激光器的侧面耦合器的制作方法，其特征在 于包括如下步骤1)取一根双包层光纤(1)，其内包层(102)是非圆对称的，其结构可以是矩形结构、正 方形结构、D型结构、正六边形结构、正八边形结构、偏心型等；2)在双包层光纤(1)的靠近中央部分，选取一段去除双包层光纤的涂覆层(104)和外 包层(103)，并用酒精清洁干净；3)对双包层光纤去除涂覆层(104)和外包层(10 这一段区域进行加热熔融，在表面 张力作用下，非圆对称的内包层(102)形成一个圆柱形的耦合区域(A)，该圆柱的半径为r，HllJr = ^cffdxdy，其中，区域s为双包层光纤内包层(102)和纤芯(101)的截面积区域。4)取一根泵浦光纤O)，将泵浦光纤( 与双包层光纤(1)耦合的端面进行去涂覆层 操作，并清洗干净；5)将泵浦光纤的端面进行精确研磨抛光处理，使处理端面(B)的圆弧曲率半径为r，其 弧形中心轴线方向与双包层光纤(1)轴线平行，与泵浦光纤的轴线成角度θ 12，相当于泵浦 光纤( 与双包层光纤(1)并排，泵浦光纤( 在两光纤轴线形成的平面内绕泵浦点先旋 转一个角度θ ”接着，在垂直θ工所在平面旋转一个角度θ 2，形成异面耦合，两光纤轴线所 成夹角为e12jpC0Se12 = C0SelC0Se2。其中，角度Θ Θ 2应根据所选双包层光纤(ι) 和泵浦光纤O)的参数选择，使泵浦光能高效率的耦合进泵浦光纤。6)将泵浦光纤( 的处理断面(B)与双包层光纤(1)的圆柱形耦合区(A)光学密接触 并熔接在一起，再用低折射率的聚合物涂敷、封装形成异面耦合器。
3.根据权利要求2所述的大功率光纤激光器的侧面耦合器的制作方法，还包括多点泵 浦耦合器的制作方法，其特征在于，还可以包括以下步骤7)另取N1根泵浦光纤( ，与所述步骤中的4),5)对N1根泵浦光纤( 进行处理；8)将N1根泵浦光纤( 沿双包层光纤(1)轴线方向在熔融后的圆形区(A)耦合，与所 述步骤6)进行处理；
4.根据权利要求3所述的大功率光纤激光器的侧面耦合器的制作方法，还包括多点泵 浦耦合器的制作方法，其特征也可以是，还可以包括以下步骤9)另取队根泵浦光纤( ，与所述步骤中的7)对队根泵浦光纤( 进行处理；10)将队根泵浦光纤( 在双包层光纤(1)轴线的垂直平面内与熔融后的圆形区(A) 耦合的排列方式，与所述步骤6)进行处理；
5.根据权利要求4所述的大功率光纤激光器的侧面耦合器的制作方法，还包括多点泵 浦耦合器的制作方法，其特征也可以是，还可以包括以下步骤11)将泵浦光纤⑵在双包层光纤⑴的耦合区㈧混合密排，既有沿双包层光纤⑴ 轴线方向的排列，也有沿垂轴平面的密排，尽可能多的增加耦合点提高泵浦功率。5、根据权利要求3所述的大功率光纤激光器的侧面耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤7)中泵浦光纤O)的数量N1的选择，％ <
6.根据权利要求4所述的大功率光纤激光器的侧面耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤9)中泵浦光纤(2)的数量N2的选择，
全文摘要
本发明涉及一种大功率光纤激光器的侧面耦合器及制作方法，提出泵浦光纤和双包层光纤耦合时轴线异面的耦合方式，属于激光技术领域。本方法将泵浦光纤中的泵浦光直接耦合进双包层光纤的内包层，由于内包层的非对称性，泵浦光逐渐被双包层光纤纤芯中的掺杂离子吸收。由于两光纤异面，从双包层光纤纤芯泄露的信号光在泵浦光纤中将主要以螺旋光的形式存在，在一定程度上降低了泄露光照射到半导体泵浦源上的光强，对泵浦源有一定的保护作用，该泵浦方式用于大功率激光器系统，更加合理、系统寿命更长，成本更低。
文档编号H01S3/091GK102044830SQ20101053714
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者尧舜, 曹银花, 潘飞, 王智勇 申请人:山西飞虹激光科技有限公司