保偏光纤合束器的制作装置及制造方法
【专利摘要】本发明公开一种保偏光纤合束器的制作装置，制作装置包括夹持装置、观测装置及测量装置。夹持装置包括多个可转动的收容孔，每个收容孔用于夹持一根保偏光纤。观测装置用于观测保偏光纤的端面以供使用者判断如何转动收容孔以改变保偏光纤的偏振方向。测量装置用于测量保偏光纤输出的偏振光的消光比。本发明还提供一种保偏光纤合束器的制造方法。本发明的保偏光纤合束器的制作装置及制作方法可实现多束线偏振光束经合束器合束后仍然保持高消光比。本发明可用于多根高功率窄线宽、线偏振输出的单模光纤激光器的非相干和相干合束。
【专利说明】
保偏光纤合束器的制作装置及制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及到光纤技术领域与激光技术领域，特别涉及保偏光纤合束器的制作装置及制作方法。
【背景技术】
[0002]高功率光纤激光器在光束质量、体积、重量、效率、散热等方面均具有明显优势，现已广泛应用于光纤通讯、激光空间远距离通讯、工业造船、汽车制造、激光切割、金属焊接、军事国防安全、生物医疗、大型基础建设等民用工业和军事领域，被称之为“第三代激光器”。由于受光纤非线性效应及光学热损伤等机制的限制，单根光纤激光器的输出功率不可能无限提升。为了获得更高功率的光纤激光输出，对多个中高等功率的光纤激光器进行功率合束是一种有效提升激光输出功率的手段，其中所需的关键无源器件就是光纤合束器。目前现有技术制作光纤合束器时一般都采用光纤束捆绑，拉锥再熔接的方式。随着单纤单模功率提升到千瓦量级以后，想要继续提升单纤功率变得比较困难。于是提出来多种光束合束的方法，包括非相干合束，相干合束，光谱合束。要实现全光纤合束，最理想的就是多个线偏振、单模光纤激光器的同相位相干合成。但是当入射光是线偏振光时，为了保持线偏振态和高消光比，必须要求合束的每根光纤的偏振轴保持一致，否则偏振态就会发生变化。因此，需要专门针对线偏振、单模光纤激光器的光纤合束器，不仅能实现多束光束的合成，还能保证合成光束的偏振态不发生改变，仍然保持高的消光比。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本发明提出了一种保偏光纤合束器的制作装置和制作方法。
[0004]本发明实施方式的保偏光纤合束器的制作装置包括夹持装置、观测装置及测量装置。所述夹持装置包括多个可转动的收容孔，每个所述收容孔用于夹持一根保偏光纤。所述观测装置用于观测所述保偏光纤的端面以供使用者判断如何转动所述收容孔以改变所述保偏光纤的偏振方向。所述测量装置用于测量所述保偏光纤输出的偏振光的消光比以判断所述保偏光纤的偏振方向是否相同。
[0005]在某些实施方式中，所述保偏光纤可以为熊猫型、领结型或椭圆包层型结构。
[0006]在某些实施方式中，所述夹持装置可以采用石英玻璃、四氟材料或橡胶材料。
[0007]在某些实施方式中，所述多收容孔包括中心收容孔及至少一层周边收容孔，每层所述周边收容孔围绕所述中心收容孔或者内层所述周边收容孔排布。
[0008]在某些实施方式中，每个所述收容孔可单独360度转动。
[0009]在某些实施方式中，所述收容孔尺寸与所述保偏光纤配合以使所述收容孔夹持所述保偏光纤。
[0010]在某些实施方式中，所述观测装置包括摄像机。
[0011]在某些实施方式中，所述测量装置包括自所述保偏光纤的输出光路依次设置的四分之一波片、检偏器及功率计。
[0012]在某些实施方式中，所述保偏光纤合束器还包括设置在所述保偏光纤的输出光路的半透半反镜片，所述观测装置及所述测量装置分别设置在所述半透半反镜片的反射光路及透射光路。
[0013]本发明实施方式的一种保偏光纤合束器的制造方法，所述方法包括所述保偏光纤合束器的制作装置，所述保偏光纤插入所述收容孔后，可随着所述收容孔旋转调整角度，实现每根所述保偏光纤的纤芯和应力元都旋转到水平位置，再对所述保偏光纤进行熔融拉锥，形成均匀的锥体和束腰。
[0014]本发明实施方式的所述制作装置通过实时的旋转每个所述收容孔里夹持的所述保偏光纤，在线观测所述保偏光纤的端面和测量所述保偏光纤的发出光束的消光比来保证所述保偏光纤合束器中的每一根所述保偏光纤的偏振轴保持一致，实现多束线偏振光束经所述保偏光纤合束器合束后仍然保持高消光比。
[0015]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0016]本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0017]图1是本发明实施方式的保偏光纤合束器的制作装置的结构示意图。
[0018]图2是本发明实施方式的保偏光纤合束器的端面示意图。
[0019]图3是本发明实施方式的保偏光纤合束器的侧面示意图。
[0020]主要元件符号说明:
[0021]制作装置10、夹持装置12、收容孔122、中心收容孔1222、周边收容孔1224、观测装置14、测量装置16、四分之一玻片162、检偏器164、功率计166、半透半反镜片18、保偏光纤合束器20、保偏光纤22、纤芯222、应力元224、外包层226、锥体228、束腰229。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
[0023]下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0024]请参阅图1、图2及图3，本发明实施方式的制作装置10用于制作保偏光纤合束器20。制作装置10包括夹持装置12、观测装置14及测量装置16。夹持装置12包括多个可转动的收容孔122，每个收容孔122用于夹持一根保偏光纤22。观测装置14用于观测保偏光纤22的端面，以供使用者判断如何转动收容孔122以改变保偏光纤22的偏振方向。测量装置16用于测量保偏光纤22输出的偏振光的消光比以判断保偏光纤22的偏振方向是否相同。
[0025]本发明实施方式的制作装置10通过实时的旋转每个收容孔122里夹持的保偏光纤22，在线观测保偏光纤22的端面和测量保偏光纤22的发出光束的消光比来保证保偏光纤合束器20中的每一根保偏光纤22的偏振轴保持一致，实现多束线偏振光束经保偏光纤合束器20合束后仍然保持高消光比。
[0026]在某些实施方式中，保偏光纤22包括熊猫型、领结型或椭圆包层型结构。
[0027]—般实际应用得较多的保偏光纤22为熊猫型、领结型或椭圆包层型结构，因此，本实施方式的制作装置10可广泛用于制作各种类型保偏光纤合束器20。
[0028]在各种类型中，保偏光纤22—般包括有纤芯222、应力元224及外包层226。本实施方式以熊猫型结构为例解释保偏光纤合束器20。
[0029]在某些实施方式中，夹持装置12基本呈圆形柱状，收容孔122沿夹持装置12的轴向延伸贯穿夹持装置12。
[0030]在某些实施方式中，夹持装置12可以采用石英玻璃、四氟材料或橡胶材料制成。
[0031]石英玻璃与四氟材料均具有耐高温、耐磨损、绝缘、耐腐蚀、化学性能稳定的特点，由石英玻璃与四氟材料制成的夹持装置12可以在熔融拉锥的过程中保持稳定的性能，并延长夹持装置12的使用寿命。
[0032]橡胶材料具有较大的弹性，方便保偏光纤22穿过收容孔122，而且可以增大收容孔122与保偏光纤22的摩擦力，增加转动保偏光纤22的效率。
[0033]在某些实施方式中，多收容孔122包括中心收容孔1222及至少一层周边收容孔1224，每层周边收容孔1224围绕中心收容孔1222或者内层周边收容孔1224排布。
[0034]如此，多根保偏光纤22沿收容孔122紧密排布，并相互保持平行，保证了保偏光纤22在加工过程中的稳定性。在夹持装置12的直径一定的情况下，使得尽可能多的保偏光纤22容纳在夹持装置12内，充分利用了空间并能有效的提高光纤的输出功率。
[0035]在某些实施方式中，每个收容孔122可单独360度转动。
[0036]如此，当保偏光纤22插入收容孔122后，可随着收容孔122全方位旋转调整角度，调整范围大，从而可以实现每根保偏光纤22的纤芯222和应力元224都旋转到水平位置，从而保证合束器中每一根保偏光纤22的偏振轴保持一致。
[0037]在某些实施方式中，每个收容孔122的内径分别与需要夹持的单根保偏光纤22的的外包层226直径相匹配，以使收容孔122夹持保偏光纤22。
[0038]如此，可以利用收容孔122与保偏光纤22之间的摩擦力带动保偏光纤22转动。
[0039]具体应用时可以根据保偏光纤22的粗细程度选择合适的夹持装置12，以将保偏光纤22稳定收容在收容孔122，不会轻易滑落。
[0040]当然，在其他实施方式中，收容孔122的尺寸也可以大于保偏光纤22的尺寸，并在收容孔122的内壁上形成凸起，如此，可以方便保偏光纤22穿过收容孔122的同时保持收容孔22与保偏光纤22之间的摩擦力。
[0041 ]在某些实施方式中，观测装置14包括摄像机。
[0042]摄像机可以为一个微型CCD，保偏光纤22从输出端输出后，通过反射光路射入CCD中，将保偏光纤22端面的形貌在摄像机中成像。我们可以通过CCD在线观测保偏光纤22的端面中纤芯222和应力元224的位置，然后手动旋转对应的收容孔122，将每个收容孔122中纤芯222和应力元224都旋转到水平位置。
[0043]在某些实施方式中，测量装置16包括自保偏光纤22的输出光路依次设置的四分之一波片162、检偏器164及功率计166。
[0044]如此，保偏光纤22从输出端输出后，通过改变四分之一波片162和检偏器164的相对位置和角度，可得到最大透过光强和最小透过光强，然后用功率计166测量通过的保偏光纤22的光功率相对损耗，得到最大透过光强与最小透过光强之比即为消光比。由于偏振态越一致，消光比的值越大，所以通过测得的消光比，我们可以对所旋转的收容孔122的方向正确性予以验证，进而确保保偏光纤22的偏振方向相同。
[0045]在某些实施方式中，保偏光纤合束器20还包括设置在保偏光纤22的输出光路的半透半反镜片18，观测装置14及测量装置16分别设置在半透半反镜片18的反射光路及透射光路。
[0046]其中，半透半反镜片18设置在保偏光纤22输出光路的正前方，如图1所示，半透半反镜片18与输出光路成45度夹角，保偏光纤22沿输出光路输出后，经反射光路进入观测装置14，经透射光路进入测量装置16。
[0047]本发明实施方式的保偏光纤合束器20的制作方法，包括以下步骤:
[0048]提供制作装置10，制作装置10包括夹持装置12、观测装置14及测量装置16;夹持装置12包括多个可转动的收容孔122;
[0049]将多根保偏光纤22夹持于多个收容孔122内；
[0050]采用观测装置14观测保偏光纤22的端面以供使用者判断如何转动收容孔122以改变保偏光纤22的偏振方向；
[0051]采用测量装置16测量保偏光纤22输出的偏振光的消光比以判断保偏光纤22的偏振方向是否相同；及
[0052 ]在保偏光纤2 2的偏振方向相同的时候恪融拉锥。
[0053]在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0054]在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。
[0055]在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0056]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0057]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0058]流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0059]在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，〃计算机可读介质〃可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPR0M或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDR0M)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0060]应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
[0061]本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0062]此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0063 ]上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0064]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种保偏光纤合束器的制作装置，其特征在于，包括: 夹持装置，所述夹持装置包括多个可转动的收容孔，每个所述收容孔用于夹持一根保偏光纤； 观测装置，所述观测装置用于观测所述保偏光纤的端面以供使用者判断如何转动所述收容孔以改变所述保偏光纤的偏振方向；及 测量装置，所述偏振态测量装置用于测量所述保偏光纤输出的偏振光的消光比以判断所述保偏光纤的偏振方向是否相同。2.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述保偏光纤包括熊猫型、领结型或椭圆包层型结构。3.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述夹持装置采用石英玻璃、四氟材料或橡胶材料。4.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述多收容孔包括中心收容孔及至少一层周边收容孔，每层所述周边收容孔围绕所述中心收容孔或者内层所述周边收容孔排布。5.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，每个所述收容孔可单独360度转动。6.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述收容孔尺寸与所述保偏光纤配合以使所述收容孔夹持所述保偏光纤。7.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述观测装置包括摄像机。8.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述测量装置包括自所述保偏光纤的输出光路依次设置的四分之一波片、检偏器及功率计。9.如权利要求1所述的制作装置，其特征在于，所述保偏光纤合束器还包括设置在所述保偏光纤的输出光路的半透半反镜片，所述观测装置及所述测量装置分别设置在所述半透半反镜片的反射光路及透射光路。10.—种保偏光纤合束器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供制作装置，所述制作装置包括夹持装置、观测装置及测量装置;所述夹持装置包括多个可转动的收容孔； 将多根保偏光纤夹持于所述多个收容孔内； 采用所述观测装置观测所述保偏光纤的端面以供使用者判断如何转动所述收容孔以改变所述保偏光纤的偏振方向； 采用测量装置测量所述保偏光纤输出的偏振光的消光比以判断所述保偏光纤的偏振方向是否相同；及 在所述保偏光纤的偏振方向相同的时候恪融拉锥。
【文档编号】G02B6/255GK105891953SQ201610422345
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】张新海, 张帆
【申请人】南方科技大学