專利名稱：光纖合束器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖合束器及其制作方法，更具體的說，尤其涉及一種粗細(xì)光纖采用圓錐面相配合的光纖合束器及其制作方法。
背景技術(shù)：
激光具有發(fā)散度極小、亮度極高、顏色極純和能量密度極大的特點(diǎn)，高能量的激光可廣泛應(yīng)用于金屬焊接、切割、醫(yī)療器械的精密加工中，而且隨著激光技術(shù)的發(fā)展，高功率的激光還廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代國防、現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代醫(yī)療中。大功率的激光器不僅體積大，而且價格極為昂貴，將多個小功率激光器特別是價格低廉的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光進(jìn)行合成，以獲得較大功率的激光，來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的目的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，提供了一種粗細(xì)光纖采用圓錐面相配合的光纖合束器及其制作方法。本發(fā)明的光纖合束器，包括粗光纖和多個設(shè)置于粗光纖上的細(xì)光纖；其特別之處在于所述粗光纖上開設(shè)有多個用于耦合細(xì)光纖的錐形空腔，每個細(xì)光纖的一端均設(shè)置有與錐形空腔相配合的錐形頭部，細(xì)光纖的另一端設(shè)置有半導(dǎo)體激光器。將多個細(xì)光纖設(shè)置于一根粗光纖上，有效地將多個半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光進(jìn)行耦合，使得粗光纖發(fā)出的激光具有較大的能量，滿足應(yīng)用需求。由于細(xì)光纖與粗光纖通過錐形頭部與錐形空腔的配合形式進(jìn)行連接，有效了減小了激光在接觸面上的損耗。本發(fā)明的光纖合束器，所述細(xì)光纖上還可設(shè)置有N級光纖，N級光纖上設(shè)置有(N+1)級光纖；細(xì)光纖與N級光纖、N級光纖與(N+1)級光纖的組合形式與粗光纖和細(xì)光纖的組合形式相同；其中，N彡3，且N為正整數(shù)。在細(xì)光纖上設(shè)置N級光纖，并在N級光纖上設(shè)置(N+1)級光纖，使得整個光纖合束器形成了“樹狀”結(jié)構(gòu)，以利于多束激光進(jìn)行耦合。本發(fā)明的光纖合束器，所述粗光纖由粗光纖纖芯和粗光纖包層組成，細(xì)光纖由細(xì)光纖纖芯和細(xì)光纖包層組成；所述粗光纖纖芯與細(xì)光纖纖芯相接觸，粗光纖包層與細(xì)光纖包層相接觸。令粗光纖與細(xì)光纖的纖芯與纖芯相接觸，包層與包層相接觸，確保了接觸面的折射率分布不會發(fā)生變化。本發(fā)明的光纖合束器的制作方法，包括以下步驟 a).首先將細(xì)光纖的末端傾斜浸入對光纖有腐蝕性的液體中，應(yīng)保證細(xì)光纖浸入液體的角度與最后與粗光纖合束時的角度相一致；然后在一定速度下勻速向上提升細(xì)光纖，以便在細(xì)光纖末端產(chǎn)生不對稱錐形頭部；通過控制提升速度來控制細(xì)光纖末端錐形頭部的錐度；b).利用帶錐形針的微型機(jī)械對粗光纖進(jìn)行加工，在粗光纖上加工出多個錐形空腔；c) ·將細(xì)光纖的錐形頭部插入粗光纖的錐形空腔中；對細(xì)光纖的錐形頭部與粗光纖結(jié)合部進(jìn)行快速加熱，并保證粗光纖纖芯與細(xì)光纖纖芯相接觸，粗光纖包層與細(xì)光纖包層相接觸；d).在同一根粗光纖中，進(jìn)行多次a)、b)和c)步驟的加工，可植入多根細(xì)光纖，以便在每根細(xì)光纖的端部設(shè)置半導(dǎo)體激光器，將半導(dǎo)體激光器的功率合成到一根光纖輸出，使合束之后的粗光纖輸出功率滿足特定要求。本發(fā)明的光纖合束器的制作方法，步驟a)中所述的對光纖有腐蝕性的液體為氫氟酸；步驟c)中將細(xì)光纖插入到粗光纖中之后，細(xì)光纖的軸線與粗光纖的軸線的夾角為20 60。。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的光纖合束器，通過在同一根粗光纖上設(shè)置多根細(xì)光纖，且細(xì)光纖與粗光纖通過錐形頭部與錐形空腔的形式相配合，可有效地將多個半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光功率合并到粗光纖中，并通過錐形面降低了激光進(jìn)入粗光纖時的損耗，可有效地合成大功率的激光。同時光纖合束器還可為“樹狀”結(jié)構(gòu)，可避免由于光纖長度限制造成可組合的光纖數(shù)目有限，理論上相對于現(xiàn)有設(shè)備可大大提高合束的激光器個數(shù)。本發(fā)明的光纖合束器的制作方法，首先將細(xì)光纖的一端利用氫氟酸處理，再在提升狀態(tài)下產(chǎn)生錐形頭部；然后利用機(jī)械在粗光纖上加工出錐形空腔，保證了細(xì)光纖與粗光纖的良好配合，便于形成符合要求的合束器?？赏ㄟ^機(jī)械加工在粗光纖上打出內(nèi)錐形，可以有效的防止現(xiàn)有拉錐法熱處理中造成的光纖折射率分布改變；錐形結(jié)構(gòu)的組合可使光纖結(jié)構(gòu)最終纖芯相互融合，保證纖芯很好的融合又不使結(jié)構(gòu)的折射率分布變化。
圖1為本發(fā)明光纖合束器的第一種實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)不意 圖2為本發(fā)明光纖合束器的第一種實(shí)施例的剖視 圖3為本發(fā)明光纖合束器的第二種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意 圖4為細(xì)光纖的末端傾斜浸入腐蝕性液體中的結(jié)構(gòu)示意 圖5為細(xì)光纖經(jīng)腐蝕性液體腐蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I粗光纖，2細(xì)光纖，3錐形空腔，4錐形頭部，5 N級光纖，6粗光纖纖芯，7粗光纖包層，8細(xì)光纖纖芯，9細(xì)光纖包層，10腐蝕性液體。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。光纖合束器實(shí)施例1，如圖1和圖2所示，分別給出了本發(fā)明的光纖合束器第一種實(shí)施例的立體圖和剖視圖，其包括粗光纖1、細(xì)光纖2、錐形空腔3、錐形頭4 ;所示的多個細(xì)光纖2固定設(shè)置于粗光纖I上。粗光纖I上開設(shè)有用于固定細(xì)光纖2的錐形空腔3，細(xì)光纖2的一端設(shè)置有與錐形空腔3相配合的錐形頭部4 ;通過將錐形頭部4插入至錐形空腔3中，可實(shí)現(xiàn)細(xì)光纖2與粗光纖I的良好配合。所示的粗光纖I由粗光纖纖芯6和粗光纖包層7組成，細(xì)光纖2由細(xì)光纖纖芯8和細(xì)光纖包層9組成；當(dāng)細(xì)光纖2與粗光纖I配合之后，應(yīng)保證粗光纖纖芯6與細(xì)光纖纖芯8相接觸，粗光纖包層7與細(xì)光纖包層9相接觸，這就相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了粗、細(xì)光纖纖芯的融合，粗、細(xì)光纖包層的融合；以確保接觸面的折射率分布不會發(fā)生變化。細(xì)光纖2的另一端用于設(shè)置半導(dǎo)體激光器，多個半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光經(jīng)細(xì)光纖2進(jìn)入粗光纖I中，有效地實(shí)現(xiàn)了多束激光能量的疊加，使得粗光纖I發(fā)出的激光具有較大的功率，滿足應(yīng)用于金屬焊接、切割、醫(yī)療器械的精密加、現(xiàn)代國防和現(xiàn)代工業(yè)的需求。光纖合束器實(shí)施例2，如圖3所示，給出了本發(fā)明的光纖合束器的第二種實(shí)施例的機(jī)構(gòu)示意圖，其包括粗光纖1、細(xì)光纖2、錐形空腔3、錐形頭4和N級光纖；所示的細(xì)光纖2與粗光纖I的結(jié)構(gòu)及配合形式與實(shí)施例1中的均相同。不同的是，在細(xì)光纖2上還設(shè)置有N級光纖5 ;作為同樣的擴(kuò)展，在N級光纖上還可設(shè)置(N+1)級光纖。其中，細(xì)光纖I與N級光纖5、N級光纖與(N+1)級光纖的配合形式也均與實(shí)施例1中細(xì)光纖2與粗光纖I的組合形式相同。光纖合束器采用這種形式，可以在較短的粗光纖I上設(shè)置較多的半導(dǎo)體激光器，有利于產(chǎn)生較大功率的激光。這種結(jié)構(gòu)形式的光纖合束器，不僅應(yīng)保證粗光纖纖芯6與細(xì)光纖纖芯8相接觸，粗光纖包層7與細(xì)光纖包層9相接觸；還應(yīng)保證N級光纖5的纖芯與(N+1)級光纖的纖芯相接觸，N級光纖5的包層與(N+1)級光纖的包層相接觸。本發(fā)明的光纖合束器的制作方法，包括以下步驟
a).首先將細(xì)光纖2的末端傾斜浸入對光纖有腐蝕性的液體中，如圖4所示，給出了細(xì)光纖的末端傾斜浸入腐蝕性液體中的結(jié)構(gòu)示意圖，應(yīng)保證細(xì)光纖浸入液體的角度與最后與粗光纖合束時的角度相一致；然后在一定速度下勻速向上提升細(xì)光纖，以便在細(xì)光纖末端產(chǎn)生不對稱錐形頭部4 ;通過控制提升速度來控制細(xì)光纖末端錐形頭部的錐度；其中，對玻璃有腐蝕性的液體可以選用氫氟酸；
b).利用帶錐形針的微型機(jī)械對粗光纖I進(jìn)行加工，在粗光纖上加工出多個錐形空腔
3 ；
c).將細(xì)光纖的錐形頭部插入粗光纖的錐形空腔中；對細(xì)光纖的錐形頭部與粗光纖結(jié)合部進(jìn)行加熱，并保證粗光纖纖芯與細(xì)光纖纖芯相接觸，粗光纖包層與細(xì)光纖包層相接觸；
此步驟中，細(xì)光纖2插入到粗光纖I中之后，細(xì)光纖的軸線與粗光纖的軸線的夾角介于20 60。之間；
d).在同一根粗光纖中，進(jìn)行多次a)、b)和c)步驟的加工，可接入多根細(xì)光纖，以便在每根細(xì)光纖的端部設(shè)置半導(dǎo)體激光器，將半導(dǎo)體激光器的功率合成到一根光纖輸出，使合束之后的粗光纖輸出功率滿足特定要求。本發(fā)明的光纖合束器，通過在同一根粗光纖上設(shè)置多根細(xì)光纖，且細(xì)光纖與粗光纖通過錐形頭部與錐形空腔的形式相配合，可有效地將多個半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光耦合到粗光纖中，并通過錐形面降低了激光進(jìn)入粗光纖時的損耗，可有效地合成大功率的激光。同時光纖合束器還可為“樹狀”結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的光纖合束器的制作方法，首先將細(xì)光纖的一端利用氫氟酸處理，再在提升狀態(tài)下產(chǎn)生錐形頭部；然后利用機(jī)械在粗光纖上加工出錐形空腔，保證了細(xì)光纖與粗光纖的良好配合，便于形成符合要求的合束器。
權(quán)利要求
1.一種光纖合束器，包括粗光纖(I)和多個設(shè)置于粗光纖上的細(xì)光纖(2);其特征在于所述粗光纖上開設(shè)有多個用于耦合細(xì)光纖的錐形空腔(3)，每個細(xì)光纖的一端均設(shè)置有與錐形空腔相配合的錐形頭部(4)，細(xì)光纖的另一端設(shè)置有半導(dǎo)體激光器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖合束器，其特征在于所述細(xì)光纖(2)上還設(shè)置有N級光纖(5)，N級光纖上設(shè)置有(N+1)級光纖；細(xì)光纖與N級光纖、N級光纖與(N+1)級光纖的組合形式與粗光纖和細(xì)光纖的組合形式相同；其中，NS 3，且N為正整數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖合束器，其特征在于所述粗光纖(I)由粗光纖纖芯(6)和粗光纖包層(7)組成，細(xì)光纖(2)由細(xì)光纖纖芯(8)和細(xì)光纖包層(9)組成；所述粗光纖纖芯與細(xì)光纖纖芯相接觸，粗光纖包層與細(xì)光纖包層相接觸。
4.一種權(quán)利要求1所述光纖合束器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 a).首先將細(xì)光纖(2)的末端傾斜浸入對光纖有腐蝕性的液體中，應(yīng)保證細(xì)光纖浸入液體的角度與最后與粗光纖合束時的角度相一致；然后在一定速度下勻速向上提升細(xì)光纖，以便在細(xì)光纖末端產(chǎn)生不對稱錐形頭部(4);通過控制提升速度來控制細(xì)光纖末端錐形頭部的錐度； b).利用帶錐形針的微型機(jī)械對粗光纖(I)進(jìn)行加工，在粗光纖上加工出多個錐形空腔(3); c).將細(xì)光纖的錐形頭部插入粗光纖的錐形空腔中；對細(xì)光纖的錐形頭部與粗光纖結(jié)合部進(jìn)行快速加熱，并保證粗光纖纖芯與細(xì)光纖纖芯相接觸，粗光纖包層與細(xì)光纖包層相接觸； d).在同一根粗光纖中，進(jìn)行多次a)、b)和c)步驟的加工，可接入多根細(xì)光纖，以便在每根細(xì)光纖的端部設(shè)置半導(dǎo)體激光器，將半導(dǎo)體激光器的功率合成到一根光纖輸出，使合束之后的粗光纖輸出功率滿足特定要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖合束器的制作方法，其特征在于步驟a)中所述的對光纖有腐蝕性的液體為氫氟酸；步驟c)中將細(xì)光纖(2)插入到粗光纖(I)中之后，細(xì)光纖的軸線與粗光纖的軸線的夾角為20 60°。
全文摘要
本發(fā)明的光纖合束器，包括粗光纖和多個細(xì)光纖；特征在于粗光纖上開設(shè)有多個用于設(shè)置細(xì)光纖的錐形空腔，每個細(xì)光纖的一端均設(shè)置有與錐形空腔相配合的錐形頭部，細(xì)光纖的另一端設(shè)置有半導(dǎo)體激光器。本發(fā)明的方法包括a).在細(xì)光纖末端產(chǎn)生錐形頭部；b).在粗光纖中產(chǎn)生錐形空腔；c).將細(xì)光纖插入粗光纖之中；d).在同一根粗光纖中植入多根細(xì)光纖。本發(fā)明的光纖合束器和制作方法，可有效地將多個半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光合束到粗光纖中，通過錐形面降低了激光損耗。本發(fā)明的光纖合束器，通過將諸多半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光進(jìn)行耦合，便于形成大功率的激光，易于滿足國防、工業(yè)和醫(yī)療對大功率激光的需求。
文檔編號G02B6/42GK103048788SQ201310001838
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月5日
發(fā)明者于海鷹, 張永堅(jiān), 魏謙, 李琪 申請人:山東建筑大學(xué)