光纤模场适配器及其制备方法和激光设备与流程

本发明涉及激光设备
技术领域：
，特别是涉及一种光纤模场适配器及其制备方法和激光设备。
背景技术：
：光纤激光器的初始激光种子源以单模输出,在后级放大中采用纤芯尺寸更大的光纤进行放大,以获得更高功率。为了避免发生非线性效应,在每个放大级之间加入光纤模场适配器(mfa)，以保持前级信号光进入后级后仍是单模放大。其中，传统的光纤模场适配器为细光纤输入，粗光纤输出，但在将细光纤与粗光纤熔接过程中会造成较大的熔接损耗。技术实现要素：基于此，有必要提供一种熔接损耗较小的光纤模场适配器的制备方法。此外，还提供一种光纤模场适配器和激光设备。一种光纤模场适配器的制备方法，包括以下步骤：提供输入光纤和输出光纤，所述输出光纤的纤芯直径大于所述输入光纤的纤芯直径，所述输出光纤的包层直径大于所述输入光纤的包层直径，所述输出光纤的包层直径与所述输入光纤的包层直径之比大于所述输出光纤的纤芯直径与所述输入光纤的纤芯直径之比；将所述输出光纤的包层直径减小，以使所述输出光纤的包层直径与所述输入光纤的包层直径之比等于所述输出光纤的纤芯直径与所述输入光纤的纤芯直径之比；将所述输出光纤进行熔融拉锥，以使拉锥后的所述输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相匹配，及拉锥后的所述输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相匹配；将拉锥后的所述输出光纤与所述输入光纤进行熔接，得到光纤模场适配器。上述光纤模场适配器的制备方法通过将输出光纤的包层直径减小，使输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径之比等于输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径之比，并将包层直径减小的输出光纤进行拉锥，以使拉锥后的输出光纤与输入光纤的纤芯直径和包层直径相匹配，即拉锥后的输出光纤与输入光纤的模场匹配较好，然后再将拉锥后的输出光纤与输入光纤进行熔接，而使熔接损耗较小。因此，上述光纤模场适配器的制备方法具有熔接损耗较小的优点。在其中一个实施例中，所述将所述输出光纤的包层直径减小的方法包括腐蚀法及研磨法中的至少一种。在其中一个实施例中，所述将所述输出光纤的包层直径减小的步骤具体为：将所述输出光纤浸泡在腐蚀液中进行腐蚀，其中，所述腐蚀液为氢氟酸。在其中一个实施例中，所述腐蚀液的质量浓度为50％～55％。在其中一个实施例中，所述将所述输出光纤进行熔融拉锥的步骤具体为：在100℃～900℃条件下，将所述输出光纤加热至熔融，然后对熔融的所述输出光纤进行拉锥。在其中一个实施例中，将拉锥后的所述输出光纤与所述输入光纤进行熔接的步骤之前，还包括将拉锥后的所述输出光纤进行切平的步骤。在其中一个实施例中，在所述将拉锥后的所述输出光纤与所述输入光纤进行熔接的步骤之后，还包括封装的步骤。在其中一个实施例中，所述封装的步骤具体为：将玻璃管套设在拉锥后的所述输出光纤与所述输入光纤的熔接处，并使所述玻璃管的两端分别与熔接后的所述输出光纤和所述输入光纤固定。上述的光纤模场适配器的制备方法制得的光纤模场适配器。一种激光设备，包括上述的光纤模场适配器的制备方法制得的光纤模场适配器或上述的光纤模场适配器。附图说明图1为熔接损耗测试光路示意图。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。一实施方式的光纤模场适配器的制备方法，包括以下步骤：步骤110：提供输入光纤和输出光纤。其中，输出光纤的纤芯直径大于输入光纤的纤芯直径，输出光纤的包层直径大于输入光纤的包层直径，输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径之比大于输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径之比。步骤120：将输出光纤的包层直径减小，以使输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径之比等于输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径之比。其中，将输出光纤的包层直径减小的方法包括腐蚀法及研磨法中的至少一种。进一步地，将输出光纤的包层直径减小的步骤具体为：将输出光纤浸泡在腐蚀液中进行腐蚀。具体地，腐蚀液为氢氟酸。进一步地，腐蚀液的质量浓度为50％～55％。其中，浸泡的时间根据包层直径及需要腐蚀的程度做出调整，一般地，浸泡的时间为10min～60min。例如，输入光纤的纤芯直径为10μm，包层直径为130μm，输出光纤的纤芯直径为20μm，包层直径为400μm，那么就需要将输出光纤的包层直径减小到260μm。步骤130：将输出光纤进行熔融拉锥，以使拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相匹配，及拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相匹配。其中，将输出光纤进行熔融拉锥的步骤具体为：在100℃～900℃条件下，将输出光纤加热至熔融，然后对熔融的输出光纤进行拉锥。其中，加热的时间为200s～1000s。其中，拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相匹配的意思是，拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相接近。进一步地，拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径的差为±10μm以内。更进一步地，拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相等。其中，拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相匹配的意思是，拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相接近。进一步地，拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径的差为±2μm以内。更进一步地，拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相等。具体地，使用光纤熔融拉锥机进行熔融拉锥。其中，光纤熔融拉锥机可以对拉锥后的输出光纤的包层直径进行验证。步骤140：将拉锥后的输出光纤与输入光纤进行熔接，得到光纤模场适配器。其中，光纤模场表征的是光纤纤芯的有效面积，与纤芯直径成正比。其中，熔接强度为标准放电强度，标准放电强度由设备即熔接机本身决定，放电强度决定热场温度。进一步地，熔接的时间为2000ms～10000ms。需要说明的是，将拉锥后的输出光纤与输入光纤进行熔接的步骤之前，还包括将拉锥后的输出光纤进行切平的步骤，以减少拉锥后的输出光纤与输入光纤之间的熔接损耗。需要说明的是，在将拉锥后的输出光纤与输入光纤进行熔接的步骤之后，还包括进一步烧制的步骤，以使熔接损耗更小。具体地，进一步烧制的步骤具体为：在光纤熔融拉锥机上通光，并接功率计进行监测，然后进行烧制，当达到预定熔接损耗停止烧制。需要说明的是，在将拉锥后的输出光纤与输入光纤进行熔接的步骤之后，还包括封装的步骤，以保护拉锥后的输出光纤与输入光纤的熔接处。进一步地，封装的步骤具体为：将玻璃管套设在输出光纤与输入光纤的熔接处，并使玻璃管的两端分别与熔接后的输出光纤和输入光纤固定。具体地，采用紫外固化胶将玻璃管的两端分别与熔接后的输出光纤和输入光纤固定。需要说明的是，如果输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径之比等于输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径之比，那么步骤120可以省略。上述光纤模场适配器的制备方法至少具有如下优点：1)上述通过将输出光纤的包层直径减小，使输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径之比等于输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径之比，并将包层直径减小的输出光纤进行拉锥，以使拉锥后的输出光纤与输入光纤的纤芯直径和包层直径相匹配，即拉锥后的输出光纤与输入光纤的模场匹配较好，然后再将拉锥后的输出光纤与输入光纤进行熔接，而使熔接损耗较小。因此，上述光纤模场适配器的制备方法具有熔接损耗较小的优点。2)上述光纤模场适配器的制备方法避免了将包层直径和纤芯直径相差较悬殊的两个光纤直接拉制、熔接所造成的纤芯尺寸偏离过大，无法与前级光纤匹配的问题。上述的光纤模场适配器的制备方法制得的光纤模场适配器。该光纤模场适配器的熔接损耗较小，适于制造高功率的光纤激光器。上述的光纤模场适配器的制备方法制得的光纤模场适配器或上述的光纤模场适配器在制备激光设备中的应用。例如，在制备光纤激光器中的应用。一实施方式的激光设备可以为mopa(主控振荡器的功率放大器)光纤激光器、调q光纤激光器、连续激光器或超快激光器。该激光器包括上述的光纤模场适配器的制备方法制得的光纤模场适配器或上述的光纤模场适配器。进一步地，该激光器还包括激光种子源和后级放大，激光种子源与光纤模场适配器的输入光纤连接，后级放大与输出光纤连接。该激光设备的熔接损耗较小，功率较高。以下为具体实施例部分：实施例1本实施例的光纤模场适配器的制备步骤如下：1)提供输入光纤和输出光纤，其中，输入光纤的纤芯直径10μm，输入光纤的包层直径为130μm，输出光纤的纤芯直径20μm，输出光纤的包层直径为400μm。2)将输出光纤浸泡在氢氟酸中进行腐蚀，以使输出光纤的包层直径为260μm，其中，氢氟酸的质量浓度为52％，浸泡的时间为30min。3)在700℃条件下，将输出光纤加热至熔融，然后使用光纤熔融拉锥机对熔融的输出光纤进行拉锥，以使拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相匹配，及拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相匹配；同时，使用光纤熔融拉锥机对拉锥后的输出光纤的包层直径进行验证。4)将拉锥后的输出光纤进行切平，然后与输入光纤进行熔接，再进一步烧制，封装，得到光纤模场适配器，其中，熔接强度为标准放电强度，熔接的时间为5000ms。实施例2本实施例的光纤模场适配器的制备步骤如下：1)提供输入光纤和输出光纤，其中，输入光纤的纤芯直径10μm，输入光纤的包层直径为130μm，输出光纤的纤芯直径20μm，输出光纤的包层直径为400μm。2)将输出光纤浸泡在氢氟酸中进行腐蚀，以使输出光纤的包层直径为260μm，其中，氢氟酸的质量浓度为50％，浸泡的时间为10min。3)在100℃条件下，将输出光纤加热至熔融，然后使用光纤熔融拉锥机对熔融的输出光纤进行拉锥，以使拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相匹配，及拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相匹配；同时，使用光纤熔融拉锥机对拉锥后的输出光纤的包层直径进行验证。4)将拉锥后的输出光纤进行切平，然后与输入光纤进行熔接，再进一步烧制，封装，得到光纤模场适配器，其中，熔接强度为标准放电强度，熔接的时间为2000ms。实施例3本实施例的光纤模场适配器的制备步骤如下：1)提供输入光纤和输出光纤，其中，输入光纤的纤芯直径10μm，输入光纤的包层直径为130μm，输出光纤的纤芯直径20μm，输出光纤的包层直径为400μm。2)将输出光纤浸泡在氢氟酸中进行腐蚀，以使输出光纤的包层直径为260μm，其中，氢氟酸的质量浓度为55％，浸泡的时间为60min。3)在900℃条件下，将输出光纤加热至熔融，然后使用光纤熔融拉锥机对熔融的输出光纤进行拉锥，以使拉锥后的输出光纤的包层直径与输入光纤的包层直径相匹配，及拉锥后的输出光纤的纤芯直径与输入光纤的纤芯直径相匹配；同时，使用光纤熔融拉锥机对拉锥后的输出光纤的包层直径进行验证。4)将拉锥后的输出光纤进行切平，然后与输入光纤进行熔接，再进一步烧制，封装，得到光纤模场适配器，其中，熔接强度为标准放电强度，熔接的时间为10000ms。对比例1本对比例的光纤模场适配器的制备步骤如下：1)提供输入光纤和输出光纤，其中，输入光纤的纤芯直径20μm，输入光纤的包层直径为130μm，输出光纤的纤芯直径20μm，输出光纤的包层直径为400μm。2)在700℃条件下，将输出光纤加热至熔融，然后使用光纤熔融拉锥机对熔融的输出光纤进行拉锥，以使拉锥后的输出光纤的包层直径为125μm，拉锥后的输出光纤的纤芯直径为6.25μm。3)将拉锥后的输出光纤进行切平，然后与输入光纤进行熔接，再进一步烧制，封装，得到光纤模场适配器，其中，熔接强度为标准放电强度，熔接的时间为5000ms。熔接损耗测试方法如下:将1064光源与第一包层功率剥除器(cps1)连接，然后将第一包层功率剥除器清零，再将光纤模场适配器与第一包层功率剥除器连接，然后将第二包层功率剥除器(cps2)与光纤模场适配器连接，功率计与第二包层功率剥除器连接，功率计显示数值即为熔接损耗，其中，熔接损耗测试光路图如图1所示，图1中的●表示熔接点。采用上述熔接损耗测试方法分别对实施例1～3及对比例1制得的光纤模场适配器的熔接损耗进行检测，结果如表1所示。表1测试对象熔接损耗实施例10.12db实施例20.13db实施例30.14db对比例13.56db从表1可以看出，与对比例1相比，实施例1～3制得的光纤模场适配器的熔接损耗均远远小于对比例1制得的光纤模场适配器，说明实施例1～3制得的光纤模场适配器的熔接损耗较小。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12