全文摘要
本实用新型提供的光纤模式匹配器，涉及光纤模式匹配技术领域。该光纤模式匹配器包括第一光纤、温度匹配光纤、第二光纤。第一光纤包括一体成型的主体光纤和锥状光纤，主体光纤的截面面积大于锥状光纤的截面面积；锥状光纤远离主体光纤的一端与温度匹配光纤的一端熔接，温度匹配光纤的另一端和第二光纤熔接。通过设置锥状光纤及温度匹配光纤，降低熔接过程中光纤熔化所需的能量差，使得光纤模场匹配器易于制作，成品率高。
主设计要求
1.一种光纤模式匹配器，其特征在于，包括第一光纤、温度匹配光纤、第二光纤；所述第一光纤包括一体成型的主体光纤和锥状光纤，所述主体光纤的截面面积大于所述锥状光纤的截面面积；所述锥状光纤远离所述主体光纤的一端与所述温度匹配光纤的一端熔接，所述温度匹配光纤的另一端和所述第二光纤熔接。
设计方案
1.一种光纤模式匹配器，其特征在于，包括第一光纤、温度匹配光纤、第二光纤；
所述第一光纤包括一体成型的主体光纤和锥状光纤，所述主体光纤的截面面积大于所述锥状光纤的截面面积；所述锥状光纤远离所述主体光纤的一端与所述温度匹配光纤的一端熔接，所述温度匹配光纤的另一端和所述第二光纤熔接。
2.根据权利要求1所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述锥状光纤包括相互连接的第一分段和第二分段，所述主体光纤和所述第一分段连接，所述第二分段和所述温度匹配光纤熔接。
3.根据权利要求2所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述第一分段包括相对设置的第一端部和第二端部，所述第一端部的截面面积大于所述第二端部的截面面积；所述第一端部和所述主体光纤连接，所述第二端部与所述第二分段连接。
4.根据权利要求3所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述第一端部的截面面积与所述主体光纤的截面面积相等，所述第二端部的截面面积与所述第二分段的截面面积相等。
5.根据权利要求2所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述第一分段呈圆台状，从所述主体光纤至所述温度匹配光纤的方向，所述第一分段的截面面积逐渐减小。
6.根据权利要求2所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述第二分段呈圆柱状。
7.根据权利要求6所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述第二分段的截面面积小于所述温度匹配光纤的截面面积。
8.根据权利要求1所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述第一光纤的熔点高于所述第二光纤的熔点。
9.根据权利要求8所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述第一光纤采用石英光纤，所述第二光纤采用氟化物光纤或硫化物光纤。
10.根据权利要求8所述的光纤模式匹配器，其特征在于，所述温度匹配光纤的熔点介于所述第一光纤的熔点和所述第二光纤的熔点之间。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及光纤模式匹配技术领域，具体而言，涉及一种光纤模式匹配器。
背景技术
现有的光纤模式匹配技术中，通常采用机械耦合方式。机械耦合，即使用高精度调节平台或光纤法兰头等装置，使两种光纤端面匹配对齐，并保持此状态，实现两种光纤的模式匹配。
使用高精度调节平台无法确保耦合效率长时稳定，且无法将机械耦合系统集成成为单一器件。使用光纤法兰头等装置耦合，无法提高耦合效率，导致整体光路耐受功率较低，无法制作耐受高功率的模式匹配器。
有鉴于此，设计制造出一种光纤模式匹配器，解决因机械耦合带来的稳定性不高以及耦合效率偏低等问题，是目前光纤模式匹配技术领域中急需改善的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的包括提供一种光纤模式匹配器，采用锥状光纤及温度匹配光纤，降低熔接过程中光纤熔化所需的能量差，使得光纤模场匹配器易于制作，成品率高，解决因机械耦合带来的稳定性不高以及耦合效率偏低等问题。
本实用新型改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。
本实用新型提供的一种光纤模式匹配器，包括第一光纤、温度匹配光纤、第二光纤。
所述第一光纤包括一体成型的主体光纤和锥状光纤，所述主体光纤的截面面积大于所述锥状光纤的截面面积。所述锥状光纤远离所述主体光纤的一端与所述温度匹配光纤的一端熔接，所述温度匹配光纤的另一端和所述第二光纤熔接。
进一步地，所述锥状光纤包括相互连接的第一分段和第二分段，所述主体光纤和所述第一分段连接，所述第二分段和所述温度匹配光纤熔接。
进一步地，所述第一分段包括相对设置的第一端部和第二端部，所述第一端部的截面面积大于所述第二端部的截面面积；所述第一端部和所述主体光纤连接，所述第二端部与所述第二分段连接。
进一步地，所述第一端部的截面面积与所述主体光纤的截面面积相等，所述第二端部的截面面积与所述第二分段的截面面积相等。
进一步地，所述第一分段呈圆台状，从所述主体光纤至所述温度匹配光纤的方向，所述第一分段的截面面积逐渐减小。
进一步地，所述第二分段呈圆柱状。
进一步地，所述第二分段的截面面积小于所述温度匹配光纤的截面面积。
进一步地，所述第一光纤的熔点高于所述第二光纤的熔点。
进一步地，所述第一光纤采用石英光纤，所述第二光纤采用氟化物光纤或硫化物光纤。
进一步地，所述温度匹配光纤的熔点介于所述第一光纤的熔点和所述第二光纤的熔点之间。
本实用新型提供的光纤模式匹配器具有以下几个方面的有益效果：
本实用新型提供的光纤模式匹配器，通过设置锥状光纤及温度匹配光纤，锥状光纤、温度匹配光纤和第二光纤依次熔接，降低熔接过程中第一光纤熔化和第二光纤融化所需的能量差，使得光纤模场匹配器易于制作，成品率高。该光纤模式匹配器有效解决了因机械耦合带来的稳定性不高以及耦合效率偏低等问题，实用性强，具有极大的推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型具体实施例提供的光纤模式匹配器的一种结构示意图；
图2为本实用新型具体实施例提供的光纤模式匹配器的锥状光纤的结构示意图。
图标：100-光纤模式匹配器；101-第一光纤；103-温度匹配光纤；105-第二光纤；110-主体光纤；130-锥状光纤；131-第一分段；133-第二分段；134-第一端部；135-第二端部。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。
本实用新型的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
目前的石英光纤与氟化物光纤的模式匹配技术，主要有两种方式：
第一，采用机械耦合的模式匹配，即使用高精度调节平台或光纤法兰头等装置，使石英光纤端面与氟化物光纤端面匹配对齐，并保持此状态，实现石英光纤与氟化物光纤模式匹配。对于机械耦合，使用高精度调节平台无法确保耦合效率长时稳定，且无法将机械耦合系统集成成为单一器件。而使用光纤法兰头等装置耦合，则无法提高耦合效率，导致整体光路耐受功率较低，无法制作耐受高功率的模式匹配器。
第二，采用直接熔接的模式匹配，即使用与氟化物光纤相匹配的石英光纤，在光纤熔接机中互熔，最终实现石英光纤与氟化物光纤的模式匹配。对于直接熔接，使用匹配石英光纤与氟化物光纤耦合，由于石英光纤熔点与氟化物光纤熔点相差近1000℃，两段光纤融化所需要的能量相差巨大，使得模场匹配器难于制作，导致石英光纤与氟化物光纤模式匹配器制作过程中，成品率低。
为了克服上述缺陷，本申请提出了一种光纤模式匹配器，能有效克服机械耦合和直接熔接的模式匹配的不足，实现两端熔点差较大的光纤的模式匹配，耦合效率高，模式匹配器制作成品率高，且能够满足高功率石英光纤与氟化物光纤模式匹配的需求。
图1为本实用新型具体实施例提供的光纤模式匹配器100的一种结构示意图，请参照图1。
本实施例提供的一种光纤模式匹配器100，适用于两种熔点差较大的光纤模式匹配。该光纤模式匹配器100包括第一光纤101、温度匹配光纤103、第二光纤105。第一光纤101、温度匹配光纤103、第二光纤105依次熔接，光在第一光纤101中传输，进入温度匹配光纤103，并传导入第二光纤105，最终实现从第一光纤101传导入第二光纤105，即实现第一光纤101和第二光纤105的模式匹配。
具体的，本实施例中，第一光纤101的熔点高于第二光纤105的熔点，温度匹配光纤103的熔点介于第一光纤101的熔点和第二光纤105的熔点之间。第一光纤101包括一体成型的主体光纤110和锥状光纤130，锥状光纤130用于过渡连接主体光纤110和温度匹配光纤103，主体光纤110的截面面积大于锥状光纤130的截面面积。锥状光纤130远离主体光纤110的一端与温度匹配光纤103的一端熔接，温度匹配光纤103的另一端和第二光纤105熔接。
图2为本实用新型具体实施例提供的光纤模式匹配器100的锥状光纤130的结构示意图，请参照图2。
锥状光纤130包括相互连接的第一分段131和第二分段133，主体光纤110和第一分段131连接，第二分段133和温度匹配光纤103熔接。容易理解的是，锥状光纤130与主体光纤110优选为一体成型，即采用同一种材质的光纤，也可以采用相互熔接的方式，这里不作具体限定。同理，第一分段131和第二分段133也采用同一种材质的光纤一体成型。优选地，本实施例中，第一分段131和第二分段133采用一体成型，第一分段131和主体光纤110也采用一体成型。
具体地，第一分段131包括相对设置的第一端部134和第二端部135，第一端部134的截面面积大于第二端部135的截面面积，第一端部134和主体光纤110连接，第二端部135与第二分段133连接。优选地，第一端部134的截面面积与主体光纤110的截面面积相等，第二端部135的截面面积与第二分段133的截面面积相等。本实施例中，第一分段131呈圆台状，从主体光纤110至温度匹配光纤103的方向，第一分段131的截面面积逐渐减小。第二分段133呈圆柱状，且优选地，第二分段133的截面面积小于温度匹配光纤103的截面面积。
本实施例中，第一光纤101采用石英光纤，第二光纤105采用氟化物光纤或硫化物光纤，第一光纤101和第二光纤105中，两种光纤的熔点相差约为1000℃，将石英光纤进行拉锥，形成两段，一段为主体光纤110，另一段为锥状光纤130，锥状光纤130包括圆台段和圆柱段，圆台段为渐变段，圆柱段为直线段。圆台段的大端与主体光纤110连接，圆台段的小端与圆柱段连接，圆柱段远离圆台段的一端与温度匹配光纤103熔接。
优选地，为了使熔接更加可靠，将石英光纤拉锥前，石英光纤的直径约为125微米，即主体光纤110的直径尺寸约为125微米；拉锥后石英光纤的直径尺寸，即圆柱段的直径尺寸约为40微米至120微米，比如，40微米、60微米、80微米、100微米、120微米等，根据实际的应用场景不同，拉锥后的圆柱段的直径尺寸可以不同，这里不作具体限定。
温度匹配光纤103根据第一光纤101和第二光纤105的种类进行相应的选择，温度匹配光纤103的熔点应当大于第二光纤105的熔点，并且小于第一光纤101的熔点。本实施例中，优选地，温度匹配光纤103可以采用碲酸盐光纤，碲酸盐光纤的一端与圆柱段熔接，另一端与氟化物光纤熔接。优选地，碲酸盐光纤靠近圆柱段的一端的截面尺寸大于圆柱段的截面尺寸，远离圆柱段的一端的截面尺寸等于氟化物光纤的截面尺寸，当然，也可以根据实际情况，对碲酸盐光纤的截面尺寸进行适当调整，这里不作具体限定。
本实用新型提供的光纤模式匹配器100，其工作原理如下：
以石英光纤与氟化物光纤的模式匹配为例进行说明，首先将石英光纤进行拉锥，拉锥前石英光纤的直径尺寸约为125微米，拉锥后的石英直径尺寸约为120微米，即主体光纤110的直径尺寸约为125微米，第二分段133的直径尺寸约为120微米，温度匹配光纤103采用碲酸盐光纤，碲酸盐光纤的一端与锥状光纤130的第二分段133熔接，碲酸盐光纤的另一端与氟化物光纤熔接。
光在主体光纤110中传输，进入锥状光纤130，从第一分段131传导入第二分段133，从第二分段133传导入碲酸盐光纤，从碲酸盐光纤传导入氟化物光纤，实现从石英光纤传导入氟化物光纤，即实现石英光纤和氟化物光纤的模式匹配。
通过温度匹配光纤103，即碲酸盐光纤的引入，使石英光纤与氟化物光纤原本相差近1000℃的熔接过程，变为两个熔接过程，即石英光纤与温度匹配光纤103的熔接过程，此两种光纤熔点相差近200℃；温度匹配光纤103与氟化物光纤的熔接过程，此两种光纤熔点相差近800℃。这样在石英光纤与氟化物光纤中实现熔点温度梯度变化，降低光纤熔接过程中两段光纤熔化所需的能量差，以实现可耐受高功率、可工程化量产的石英光纤与氟化物光纤模式匹配器100。
同时，通过锥状光纤130的引入，减小石英光纤熔接过程中所需熔化的体积，因此降低石英光纤熔接过程中所需的能量，能够有效降低熔接难度，实现高成品率、高效率的石英光纤与氟化物光纤模式匹配器100制作。且经过验证，该光纤模式匹配器100能够耐受30W泵浦功率。
综上所述，本实用新型提供的光纤模式匹配器100具有以下几个方面的有益效果：
本实用新型提供的光纤模式匹配器100，通过引入锥状光纤130及温度匹配光纤103，在石英光纤与氟化物光纤中实现熔点温度梯度变化，降低光纤熔接过程中，两段光纤熔化所需的能量差，以实现可耐受高功率、可工程化量产的石英光纤与氟化物光纤模式匹配器100。该光纤模式匹配器100能够有效解决因机械耦合带来的稳定性不高以及耦合效率偏低等问题，并能满足高功率石英光纤与氟化物光纤模式匹配的需求，可实现30W泵浦功率通过。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920059845.6
申请日:2019-01-14
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:51(四川)
授权编号:CN209460451U
授权时间:20191001
主分类号:G02B 6/255
专利分类号:G02B6/255;G02B6/26
范畴分类:30A;
申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心
第一申请人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心
申请人地址:621000 四川省绵阳市游仙区绵山路64号
发明人:张昊宇;董克攻;颜冬林;林宏奂;郭超;王瑜英;李成钰;王波鹏;陶汝茂
第一发明人:张昊宇
当前权利人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心
代理人:李丙林
代理机构:11371
代理机构编号:北京超凡志成知识产权代理事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计