光纤合束器的分类及特点

 西安国盛激光     |      2022-05-27


  光纤合束器是一种光纤连接器件,其通过光纤精密熔接技术,使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中,并使由于其介入光路而对系统造成的影响减到最小。光纤合束器是光纤激光器系统中的重要元器件,它的好坏不仅直接决定着光纤激光器功率的高低和光束质量的优劣,还是激光器安全稳定工作的重要保证。



  01  光纤合束器的分类

  根据使用功能分类,光纤合束器可以分为两大类:功率合束器和泵浦合束器。

  (1)泵浦合束器主要是将多路泵浦光合束到一根光纤中输出,主要用来提高泵浦功

  率。

  (2)功率合束器就是将多路单模激光合束到一根光纤中输出,用来提高激光的输出功率。


 


  根据构成方式分类,光纤合束器又可以分成两类:不包含信号光纤的 N×1 光纤合束器和包含信号光纤的 (N+1)×1 光纤合束器。和 N×1 光纤合束器不同,(N+1)×1 光纤合束器中心的一根光纤是信号光纤。在制作过程中,N 根光纤必须紧密对称地排列信号光纤周围,中间的信号光纤用于信号光的输入。N×1合束器既有功率合束器,又有泵浦合束器,其功能的不同取决于N路输入光纤的型号,若N路光纤均为单模光纤或大模场光纤,则可以直接与N个激光器相连,用于提高激光的输出功率,即为功率合束器;若N路光纤均为多模光纤,则与N个泵浦源相连,用于提高激光器的泵浦功率,即为泵浦合束器。


  N×1 光纤合束器


  (N+1)×1合束器均为泵浦合束器,主要用于光纤放大系统中。该合束器中间的单模光纤为信号光纤,用于信号光的传输,环绕在其周围的 N 路多模光纤为泵浦光纤,用于泵浦光的传输。这种合束器通常用于MOPA结构。



  (N+1)×1 光纤合束器


  02  侧面泵浦合束器和端面泵浦合束器

  侧面泵浦合束器中心为信号光纤,纤芯为单模或准单模波导用于传输激光,外围六根光纤为泵浦光纤,用于传输泵浦光。七根光纤整齐排列后熔融拉细并与输出双包层光纤熔接。



  端面泵浦合束器光纤合束器


  侧泵合束器与端泵合束器不同的是,侧泵合束器的泵浦光纤被拉细后贴合到信号光纤的包层上,而信号光纤并未熔拉变细。因此侧泵合束器信号传输从原理上要优于端泵合束器。



  侧面泵浦光纤合束器


  03  合束器的制作

  功率合束器的基本结构主要包括三个部分:输入光纤、熔锥光纤束和输出光纤。



  功率合束器基本结构


  首先,为了使光纤束熔融拉锥后能够与输出光纤很好地熔接,必须要求光纤束的横截面为圆形,并且泵浦光纤按照一定的几何方式紧密排列,通常光纤是按照正六边形的方式紧密排列。制作过程中,首先将输入光纤组束,然后再对组束的输入光纤束进行熔融拉锥形成熔锥光纤束,然后再熔锥光纤束的锥腰部分对其切割,并与输出光纤熔接一起。最后设计出一种合适的封装和散热结构,以确保合束器能够长时间稳定工作。通常会使用导热率高的金属铜或铝作为封装和散热的壳体,必要时还会在金属封装上设计水冷结构。光纤激光器以熔接来实现光纤器件的连接。为了激光器能够实现更高功率的指标,优质的光纤熔接是非常重要的。在熔接光纤过程中,不可避免地会产生损耗,这些损耗将在激光器运行过程中不断累积光和热,进而可能导致光束质量出现劣化或者光学器件发生损毁。

      此文来自于:光惠激光