[发明专利]一种基于多芯光纤的高光束质量合束器及其制造方法

说明书

本发明属于光纤器件领域，提供了一种基于多芯光纤的高光束质量合束器及其制造方法，所述基于多芯光纤的高光束质量合束器包括前后熔接的拉锥光纤束和多芯光纤，所述拉锥光纤束包括拉锥的石英套管，所述石英套管内部设有若干根输入光纤；所述多芯光纤包括包层，所述包层内部设有与输入光纤一一对应的纤芯，所述纤芯的直径沿长度方向线性变小。本发明中多芯光纤的拉锥比实现了理论上的最小值，有效优化了合束器输出光束的质量，解决了现有合束器输出光束质量差的问题。

技术领域

本发明属于光纤器件领域，尤其涉及一种基于多芯光纤的高光束质量合束器及其制造方法。

背景技术

高效率、高光束质量的大功率掺镱（Yb）光纤激光器在工业加工、新能源领域、军事国防等领域有着广泛的应用。但受限于热效应、非线性效应和模式不稳定等因素的影响，光纤激光器的输出功率难以进一步提升。基于高功率光纤合束器，将多路激光合成输出是解决这一瓶颈的有效方法，这种方法对相位控制的要求较低，而且易于实现紧凑的全光纤激光系统，更加稳定可靠。

高功率光纤合束器的一个重要指标是其输出的合束激光的光束质量，无论采用缠绕法还是套管法制作合束器都需要经过拉锥，使光纤束包层的外接圆直径小于输出光纤纤芯直径，保证激光低损耗传输。根据光纤绝热拉锥理论，在同种输入光纤的情况下，锥区长度和拉锥比（这里，我们定义拉锥比=拉锥前纤芯直径/拉锥后纤芯直径）是影响合束器光束质量的主要因素，而拉锥比又与输入光纤的包层直径相关，在输出光纤纤芯尺寸确定的情况下，输入包层直径越小，拉锥比越小，光束质量劣化越小。而大拉锥比很容易使得纤芯光泄露至包层，形成包层多模，影响合束激光的光束质量。因此，通常通过腐蚀输入包层，尽可能减小拉锥比来减小合束器对输入激光光束质量的影响。理论上，将包层完全腐蚀掉，可以获得最小拉锥比，但是在实际生产过程中，一方面难以精准控制腐蚀量；另一方面光纤尺寸腐蚀得越小，意味着操作难度越大，因此即使存在一个工艺可实现的最小值，拉锥比也无法实现理论最小值。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于多芯光纤的高光束质量合束器及其制造方法，解决了现有光纤合束器输出光束质量差的问题。

本发明采用如下技术方案：

一方面，所述基于多芯光纤的高光束质量合束器包括前后熔接的拉锥光纤束和多芯光纤，所述拉锥光纤束包括拉锥的石英套管，所述石英套管内部设有若干根输入光纤；所述多芯光纤包括包层，所述包层内部设有与输入光纤一一对应的纤芯，所述纤芯的直径沿长度方向线性变小。

进一步的，所述输入光纤腐蚀后的部分位于石英套管的拉锥平直区。

进一步的，所述高光束质量合束器还包括与多芯光纤后端熔接的输出光纤。

进一步的，所述输入光纤设置在所述石英套管内部，中心位置为中心光纤，外围位置为外围光纤，中心光纤和外围光纤的直径相等。

进一步的，所述多芯光纤前端的纤芯间距大于前端纤芯直径，所述多芯光纤后端的纤芯间距等于后端纤芯直径。

另一方面，所述基于多芯光纤的高光束质量合束器的制造方法，所述方法基于所述基于多芯光纤的高光束质量合束器实现，所述方法包括下述步骤：

步骤S1、制备拉锥光纤束，所述拉锥光纤束外部为拉锥的石英套管，内部为输入光纤；

步骤S2、准备多芯光纤，所述多芯光纤的外部为包层，内部为与输入光纤一一对应的纤芯，纤芯的直径沿长度方向线性变小；

步骤S3、将拉锥光纤束与多芯光纤的前端进行熔接

进一步的，所述方法还包括：

步骤S4、将多芯光纤的后端与输出光纤熔接。

进一步的，所述步骤S1具体包括：

腐蚀输入光纤的外层，腐蚀后清洁；