专利名称：泵浦光源的光纤侧边耦合方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于光纤放大器、光纤激光器的具有均匀可分段泵浦的光纤侧边耦合方法，它能够有效地将多模半导体激光器的光源从多模双包层(DC)光纤的任何线段上(不是终端)耦合到DC光纤中，用于制造大功率输出，高转换效率的光纤放大器和光纤激光。其应用领域包括光纤通信网络，金属和非金属材料的加工与处理，激光雕刻，激光打标，激光焊接，焊缝处理，精密打孔，激光检测和测量，激光雷达系统，激光自由空间通信，传感技术和激光医学等。其输出波长从0.8nm到2000nm以上，输出连续光功率从数百毫瓦到数千瓦。
Gapontsev，V.P等人(美国专利U.S.5,999,673)，发明了一种多模光纤之间的边耦合方法，如
图1所示，将逐渐拉细的多模光纤(MM光纤)熔触在一根DC光纤上，该方法可实现高的耦合效率，但要实现分段均匀泵浦，需要多个侧边耦合点和多个泵浦光源，增加实际上实现的难度。
Grudimin.A.B.等人(国际专利，WO 00/67350)发明了泵浦光纤与DC光纤互相接触的边耦合方法，其原理如图2所示，由于泵浦光纤没有拉细，很难得到高的耦合效率。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案如下包括MM光纤(多模光纤)作为泵浦输入光纤，DC光纤(双包层多模光纤)作为产生放大器或激光的光纤，其特征在于MM光纤与DC光纤耦合的区域去掉保护层，将DC光纤的耦合段绕成圈，在与MM光纤的耦合区域，DC光纤是去掉保护层，DC光纤和MM光纤的耦合是光学接触，光学接触指的是互相熔触或互相紧靠在一起。
按上述方案，可将去掉保护层的MM光纤逐渐拉细，使MM光纤在耦合区域具有一个变小的截面。
DC光纤可绕多圈使其在耦合段形成有多个截面与MM光纤截面进行光学接触，以提高耦合效率。
在DC光纤和MM光纤相耦合的熔触区域，实现光学接触的具体方法如下(1)去掉MM光纤熔触区域的保护层；(2)用光纤拉锥机逐渐拉细MM光纤的熔触区域，拉细的光纤直径由公式光纤直径*数值孔径＝常数决定；(3)DC光纤绕圈，绕圈的圈数由应用决定，在每圈的熔触区域，去掉DC光纤的保护层；(4)在熔触区域，扭缠DC光纤和拉细的MM光纤使它们之间有很好的光学接触；(5)高温熔触DC光纤和MM光纤。
按上述方案，所述的DC光纤的纤芯结构可以是包括单模的或其它纤芯结构如环形纤芯结构。
所述的MM光纤逐渐拉细区域与绕成圈DC光纤去掉保护层的区域熔触后，MM光纤具有两个输入端用于引入泵浦光源，可保留此两个输入端，则光源耦合到绕圈的DC光纤中分别沿顺时针和逆时针传输，形成双向泵浦；或者去掉MM光纤的一个输入端，只留一个输入端，形成单向泵浦。
按上述方案，绕成圈的DC光纤可以是绕两圈形成两个截面与MM光纤的一个截面熔触，也可以是绕三圈形成三个截面或绕多圈形成多个截面与MM光纤的一个或多个截面熔触，绕圈的数目是根据DC光纤的长度和应用的需要而确定。
所述的绕圈DC光纤，其每圈的长度可以是相同的或是不同的。
按上述方案，MM光纤可以是单根的，也可以是多根，若是多根MM光纤，可以是相同的泵浦光纤，也可以是不同的。同时，DC光纤可以是单根，也可以是多根的，采用多根DC光纤时，多根DC光纤可以是相同，也可以不同。
按上述方案，若采用多根DC光纤时，或采用多个绕圈时，MM光纤在与DC光纤的熔触区域，可以是逐渐拉细的，或稍微拉细，或只去掉保护层不拉细，同样地，绕成圈的DC光纤在与MM光纤的熔触区域，可以不拉细，也可以稍微拉细。
所述的DC光纤可以由接近两端头附近的区域与一根MM光纤耦合。
按上述方案，如果DC光纤是分段绕圈，则MM光纤可按单向泵浦或双向泵浦分别独立地与分段的多个绕圈的DC光纤耦合，这时，MM光纤有多个泵浦输入端，同时MM光纤也可以是由一根MM光纤对各分段的多个DC光纤绕圈耦合，这样泵浦光纤只有两个输入端。
按上述方案，在分段多个绕圈的DC光纤上引入高反射的光纤光栅和低反射的输出光纤耦合器，则可在由两个分段绕圈的DC光纤上分别建立一个主振荡系统和一个功率放大系统。
本发明的有益效果在于将DC光纤绕圈以形成多个截面与作为泵浦输入的MM光纤相耦合，由于侧边耦合的效率主要取决于DC光纤和MM光纤的截面接触，试验结果表明，耦合效率最高可达96％。本发明不仅使耦合效率得到提高，而且也使DC光纤得到均匀地泵浦，提高了泵浦光源到光纤激光转出的转换效率。从而解决了光纤放大器，光纤激光的大功率泵浦光源耦合问题，以满足制造大功率输出、高转换效率的光纤放大器和光纤激光器的需要。本发明还具有简便有效、所占空间小、易于实施的特点。
图2为国际专利WO 00/67350的光纤边耦合方法示意图。
图3为本发明一个实施例的光纤边耦合方法示意图。
图4、图5为实施例中MM光纤和DC光纤的光学接触截面示意图。
图6为本发明第二个实施例的光纤边耦合方法示意图。
图7、图8、图9为本发明第三个实施例，分别为三种MM光纤和DC光纤的光学接触截面示意图，其中DC光纤的截面数为3、4、7个。
图10为本发明第四个实施例中多个MM光纤和多个DC光纤的边耦合方法光学接触截面示意图。
图11为本发明第五个实施例的光纤边耦合方法示意图，其中DC光纤为多个分段绕圈，每一分绕圈上具有独立双向泵浦光纤。
图12为本发明第六个实施例的光纤边耦合方法示意图，其中DC光纤仍为两个分段绕圈，泵浦光纤为单一光纤，在耦合区域与分段绕圈DC光纤熔触，但只有两个输入端。
图13为本发明第七个实施例的光纤边耦合方法示意图，DC光纤靠近两端头的两个区域直接与一根拉细的泵浦光纤耦合。
图14为利用本发明实施例六而形成光纤主振荡级和放大级的图示。
权利要求
1.一种泵浦光源的光纤侧边耦合方法，包括MM光纤作为泵浦输入光纤，DC光纤作为产生放大器或激光的光纤，其特征在于MM光纤与DC光纤耦合的区域去掉保护层，将DC光纤的耦合段绕成圈，在与MM光纤的耦合区域，DC光纤是去掉保护层，DC光纤和MM光纤的耦合是光学接触，光学接触指的是互相熔触或互相紧靠在一起。
2.按权利要求1所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于将去掉保护层的MM光纤逐渐拉细，使MM光纤在耦合区域具有逐渐拉细的区域和一个变小的截面。
3.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于DC光纤绕多圈使其在耦合段形成有多个截面与MM光纤截面进行光学接触。
4.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于在DC光纤和MM光纤相耦合的熔触区域，实现光学接触的具体方法如下(1)去掉MM光纤熔触区域的保护层；(2)用光纤拉锥机逐渐拉细MM光纤的熔触区域，拉细的光纤直径由公式光纤直径*数值孔径＝常数决定；(3)DC光纤绕圈，绕圈的圈数由应用决定，在每圈的熔触区域，去掉每根DC光纤的保护层，(4)在熔触区域，扭缠DC光纤和拉细的MM光纤使它们之间有很好的光学接触，(5)高温熔触DC光纤和MM光纤。
5.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于所述的DC光纤的纤芯结构包括单模的或其它纤芯结构。
6.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于所述的MM光纤具有两个输入端用于引入泵浦光源，保留此两个输入端，则光源耦合到绕圈的DC光纤中分别沿顺时针和逆时针传输，形成双向泵浦。
7.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于去掉MM光纤的一个输入端，只留一个输入端，形成单向泵浦。
8.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于绕成圈的DC光纤绕多圈形成多个截面与MM光纤的一个或多个截面熔触。
9.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于MM光纤为单根或多根，同时，DC光纤为单根或多根。
10.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于DC光纤是分段绕圈，则MM光纤按单向泵浦或双向泵浦分别独立地与分段的多个绕圈的DC光纤耦合。
11.按权利要求1或2所述的泵浦光源的光纤侧边耦合方法，其特征在于被泵浦的光纤是由一根DC光纤进行分段绕圈，泵浦光纤是由一根MM光纤进行，在各耦合区域，分段拉细的MM光纤与分段绕圈的DC光纤在耦合区域熔触，但MM光纤是连续的，不切断，只有MM光纤的两个端头作为泵浦光源的引入端。
全文摘要
本发明涉及一种适用于光纤放大器、光纤激光器的具有均匀可分段泵浦的光纤侧边耦方法，包括MM光纤作为泵浦输入光纤，DC光纤作为产生放大器或激光的光纤，MM光纤与DC光纤耦合的区域去掉保护层，将DC光纤的耦合段绕成圈，在与MM光纤的耦合区域，DC光纤是去掉保护层，DC光纤和MM光纤的耦合是光学接触，光学接触指的是互相熔触或互相紧靠在一起。本发明不仅使耦合效率得到提高，而且也使DC光纤得到均匀地泵浦，提高了泵浦光源到光纤激光转出的转换效率。从而解决了光纤放大器，光纤激光的大功率泵浦光源耦合问题，以满足制造大功率输出、高转换效率的光纤放大器和光纤激光器的需要。本发明还具有简便有效、所占空间小、易于实施的特点。
文档编号G02B6/00GK1461082SQ0312806
公开日2003年12月10日 申请日期2003年5月30日 优先权日2003年5月30日
发明者阎长鹍 申请人:阎长鹍