光柵反射器的製作方法

2023-05-24 11:03:26

專利名稱：光柵反射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光柵反射器，特別涉及一種包層泵浦光柵反射器，用於降低泵浦洩漏、提高泵浦效率，屬於雷射技術領域。
背景技術：
包層泵浦是利用比纖芯截面面積大數百倍至數千倍的包層來傳輸泵浦光的。包層泵浦光纖是一種有源光纖，纖芯能吸收泵浦光而受到激發。通過有源光纖後還沒有被吸收的泵浦光，為泵浦洩漏，初始泵浦光功率減去泵浦洩漏後的餘額與初始泵浦光功率的比值，為泵浦利用率。
光纖參數在長度方向上比較均勻的包層泵浦有源光纖，其泵浦光的吸收係數變化很小，泵浦光的衰減基本上呈指數下降關係，隨著離泵浦源距離的增加，單位長度內有源光纖的泵浦利用率也呈指數下降。若以泵浦利用率為90％的有源光纖的長度為1個長度單位，那麼，從泵浦點開始計算，第一個長度單位的泵浦利用率為90％，第二個長度單位的泵浦利用率為9％，第三個長度單位的泵浦利用率為0.9％，依此類推，每增加一個長度單位，泵浦利用率將降低一個數量級。
由於包層泵浦有源光纖價格比較昂貴，所以，在採用包層泵浦光纖的產品中用較長的有源光纖來提高泵浦利用率很不經濟，從成本因素考慮，應適當增加泵浦洩漏、減少有源光纖長度。對於高功率包層泵浦光纖器件，非線性效應已經非常突出，在其他條件不變的情況下，減少有源光纖的長度，有利於降低非線性效應。另外，有源光纖長度的增加，會明顯增大噪聲，這對於光纖放大器一類的光纖有源器件，是非常有害的，所以，減少有源光纖的長度，有利於改善包層泵浦光纖器件的性能。
但是，儘可能減少有源光纖長度和儘可能降低泵浦洩漏兩者之間難以兼顧。對於包層泵浦光纖有源器件，泵浦源、包層泵浦光纖和泵浦功率耦合裝置是其主要的成本構成部分，減少有源光纖的長度，意味著更大的泵浦洩漏。在高功率情況下，泵浦洩漏往往非常大，這部分泵浦洩漏不但形成了巨大的資源浪費，而且會產生嚴重的熱效應和帶來不安全因素，由此可見泵浦洩漏是現有技術中的技術難題；因此，需要一種既能減少有源光纖長度又降低泵浦洩漏的技術解決方案。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的，就是為包層泵浦的光纖有源器件提供一種有效減少有源光纖長度和提高泵浦吸收效率的技術方案；在高功率信號輸出的情況下，可大幅度減少有源光纖的長度和降低泵浦洩漏，從而減少非線性效應、降低噪聲和降低成本。
為了實現上述目的，本發明提供了一種光柵反射器，其由雙包層光纖及在其內部設置的第一光柵構成，該第一光柵對泵浦光功率的反射率越大越好，取值範圍為70％以上，該光柵對纖芯內傳輸的信號光的反射率越低越好，取值範圍為2％以下；雙包層光纖包括纖芯、內包層、外包層和外保護層；雙包層光纖設置第一光柵的區域外部，設有封裝結構，封裝結構將設置第一光柵的區域密封覆蓋；雙包層光纖的兩端由封裝結構兩端分別向外延伸，用於與其他光纖或光纖元件連接。
封裝結構由保護塗敷層、具有溫度補償作用的第一光纖支架、外殼、膠粘劑和密封膠等組成；其中，保護塗敷層軸向包裹在第一光柵外側，覆蓋沒有外保護層的區域，用於保護雙包層光纖和第一光柵；所述雙包層光纖設置第一光柵區域的兩端外側，用膠粘劑固定在第一光纖支架上；第一光纖支架與外殼用密封膠固定在一起；所述外殼將構成所述光柵反射器的其餘部分包裹其中，雙包層光纖的兩端從外殼兩端自然延伸出來，在外殼兩端，採用密封膠將雙包層光纖與外殼固定成一個密封的整體。
在上述雙包層光纖上還可設置第二光柵，用於反射纖芯內傳輸的信號光；第二光柵與第一光柵相鄰設置，所述封裝結構將雙包層光纖上設置第一光柵和第二光柵的區域密封覆蓋；所述雙包層光纖的兩端分別延伸出封裝結構的兩端，用於與其他光纖或光纖元件連接；封裝結構的兩端用密封膠固定在雙包層光纖上。
設有第二光柵的光柵反射器，其封裝結構內還設有具有溫度補償作用的第二光纖支架，保護塗敷層軸向包裹在第一光柵和第二光柵外側，覆蓋沒有外保護層的區域，用於保護雙包層光纖、第一光柵和第二光柵；雙包層光纖設置第二光柵區域的兩端外側，用膠粘劑固定在第二光纖支架上；第一光纖支架和第二光纖支架與外殼用密封膠分別固定在一起；外殼將構成所述光柵反射器的其餘部分包裹其中，雙包層光纖的兩端從外殼兩端自然延伸出來，在外殼兩端，採用密封膠將雙包層光纖與外殼固定成一個密封的整體。
所述雙包層光纖的纖芯和內包層對紫外光具有光敏性；所述雙包層光纖的外包層對紫外光是否具有光敏性均可。
所述雙包層光纖的兩端的截面大小相同或不同。
由上述的技術方案可知本發明的光柵反射器使泵浦光到達光柵後被反射，在雙包層泵浦有源光纖泵浦光傳輸的末端放置本發明的光柵反射器，就能使泵浦光反射回雙包層有源光纖。
對於需要反射信號光的情況，使用設置有第二光柵的光柵反射器，其中第二光柵反射信號光的反射率，根據實際需要確定。這種集成光柵的封裝，泵浦反射光柵和信號反射光柵的溫度補償要求不同，泵浦反射光柵要求與泵浦光波長的溫度漂移匹配，而信號反射光柵要求反射的波長儘可能穩定，因此，在該集成器件中兩種光柵需要使用不同補償要求的支架。使用時，一般將反射泵浦光的一端與有源光纖連接。
利用本發明的方法製作和放置光柵，有效利用了單向泵浦情況下要被洩漏的泵浦光，提高了泵浦效率，同樣的泵浦功率，能夠獲得更大的信號輸出功率。
利用本發明的方法製作和放置光柵，在保持較低泵浦洩漏的情況下，能夠有效減少有源光纖的長度，從而節約成本，並在不同情況下發揮減少非線性效應或降低噪聲等重要作用。尤其是對高功率信號輸出的情況，作用更加明顯。


圖1是本發明光柵反射器的結構示意圖。
圖2是包含第一光柵和第二光柵的光柵反射器的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
實施例1參見圖1，本實施例的光柵反射器，由雙包層光纖1及在其上設置的一個第一光柵2構成，該第一光柵2對信號光的反射率越大越好，取值範圍為90％以上，對纖芯內傳輸的信號光的反射率越低越好，取值範圍為2％以下；雙包層光纖1包括纖芯4、內包層5、外包層6和外保護層7；第一光柵在纖芯4和內包層5上同時製作形成，第一光柵2採用啁啾光柵擴展對泵浦光反射的光譜範圍；雙包層光纖1設置第一光柵2的區域外部，設有封裝結構3，封裝結構3設置第一光柵2的區域密封覆蓋；雙包層光纖1的兩端分別延伸出封裝結構3的兩端，用於與其他光纖或光纖元件連接。
封裝結構3由保護塗敷層8、具有溫度補償作用的第一光纖支架9、外殼10、膠粘劑11和密封膠12組成；其中，保護塗敷層8軸向覆蓋包裹在第一光柵2外側，覆蓋沒有外保護層7的區域，用於保護雙包層光纖1和光柵2；雙包層光纖1設置第一光柵2區域的兩端外側，用膠粘劑11固定在第一光纖支架9上；第一光纖支架9與外殼10用密封膠12固定在一起；外殼10將構成光柵反射器的其餘部分包裹其中，雙包層光纖1的兩端從外殼10兩端自然延伸出來，在外殼10兩端，採用密封膠12將雙包層光纖1與外殼10固定成一個密封的整體。
溫度補償支架9所選用的材料，應使光柵2反射的波長隨溫度的漂移與泵浦光波長隨溫度的漂移匹配。
雙包層光纖1的兩端的截面大小相同或不同。
採用紫外光敏法製作光柵，雙包層光纖1的纖芯4和內包層5應對紫外光具有光敏性；雙包層光纖1的外包層6對紫外光是否具有光敏性均可。
本實施例光柵反射器的任意一端都可以用做泵浦反射端，另一端用作信號輸出端，器件不具有方向性。
雙包層光纖1可以是纖芯具有吸收泵浦光能力的有源光纖，也可以是對泵浦光吸收很低的無源光纖。
光柵反射器製作完成並封裝後，可以作為一個獨立的器件。
本發明的另一種光柵反射器，其光柵可以直接在被泵浦的雙包層有源光纖上製作，此時被泵浦的有源光纖與光柵為同一根光纖，光柵與被泵浦的有源光纖之間無需熔接，光路損耗更低、結構更加緊湊。
實施例2參見圖2，在實施例1所述光柵反射器中，增加一個用於反射信號光的第二光柵13，用於反射纖芯內傳輸的信號光，第二光柵13根據需要可以具有較高的反射率，也可以具有較低的反射率，如用於光纖雷射器的諧振腔全反射鏡需要較高的反射率，用於輸出鏡需要較低的反射率；第二光柵13與第一光柵2相鄰設置，封裝結構3將雙包層光纖1上設置第一光柵2和第二光柵13的區域密封覆蓋；雙包層光纖1的兩端分別延伸出封裝結構3的兩端，用於與其他光纖或光纖元件連接。
封裝時，第二光柵13應採用與第一光柵2不同的溫度補償支架14，使第二光柵13反射的波長在溫度變化時儘量保持穩定。第一光纖支架9用於將光柵反射峰值波長隨溫度的漂移與泵浦光峰值波長隨溫度的漂移匹配的溫度補償，第二光纖支架14用於穩定反射的信號光的波長。
本實施例中的封裝結構3同實施例1中的封裝結構相比，其內部還設有具有溫度補償作用的第二光纖支架14；保護塗敷層8軸向包裹在第一光柵2和第二光柵13外側，覆蓋沒有外保護層7的區域，用於保護雙包層光纖1、第一光柵2和第二光柵13；雙包層光纖1設置第二光柵13區域的兩端外側，用膠粘劑11固定在第二光纖支架14上；第一光纖支架9和第二光纖支架14與外殼10用密封膠12分別固定在一起；外殼10將構成所述光柵反射器的其餘部分包裹其中，雙包層光纖1的兩端從外殼10兩端自然延伸出來，在外殼10兩端，採用密封膠12將雙包層光纖1與外殼10固定成一個密封的整體。
與實施例1相同，本發明還包括另一種光柵反射器，其光柵可以直接在被泵浦的雙包層有源光纖上製作，此時被泵浦的有源光纖與光柵為同一根光纖，光柵與被泵浦的有源光纖之間無需熔接，光路損耗更低、結構更加緊湊。
本實施例所述的光柵反射器適用於包層泵浦的光纖雷射器。
最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而並非對其限制。儘管參照上述較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解，依然可以對本發明進行修改或者等同替換。而不脫離本發明技術方案的實質，其均應涵蓋在本發明權利要求的範圍之中。
權利要求
1.一種光柵反射器，其特徵在於由雙包層光纖(1)及在其內部設置的第一光柵(2)構成，該第一光柵(2)對泵浦光功率的反射率大於70％，對纖芯中傳輸的信號光的反射率小於2％；雙包層光纖(1)由纖芯(4)、內包層(5)、外包層(6)和外保護層(7)構成；所述雙包層光纖(1)設置第一光柵(2)的區域外部，設有封裝結構(3)，所述封裝結構(3)將設置第一光柵(2)的區域覆蓋；所述雙包層光纖(1)的兩端分別延伸出封裝結構(3)的兩端，用於與其他光纖或光纖元件連接。
2.根據權利要求1所述的光柵反射器，其特徵在於所述的封裝結構(3)由保護塗敷層(8)、具有溫度補償作用的第一光纖支架(9)、外殼(10)、膠粘劑(11)和密封膠(12)組成；其中，所述的保護塗敷層(8)軸向包裹在第一光柵(2)外側，覆蓋沒有外保護層(7)的區域，用於保護雙包層光纖(1)和第一光柵光柵(2)；所述雙包層光纖(1)設置第一光柵(2)區域的兩端外側，用膠粘劑(11)固定在第一光纖支架(9)上；第一光纖支架(9)與外殼(10)用密封膠(12)固定在一起；所述外殼(10)將構成所述光柵反射器的其餘部分包裹其中，雙包層光纖(1)的兩端延伸至外殼(10)兩端之外，密封膠(12)將雙包層光纖(1)與外殼(10)固定成一個密封的整體。
3.根據權利要求1或2所述的光柵反射器，其特徵在於所述雙包層光纖(1)上還設置第二光柵(13)，用於反射纖芯內傳輸的信號光；第二光柵(13)與第一光柵(2)相鄰設置，所述封裝結構(3)將所述雙包層光纖(1)設置第一光柵(2)和第二光柵(13)的區域密封覆蓋；所述雙包層光纖(1)的兩端分別延伸出封裝結構(3)的兩端，用於與其他光纖或光纖元件連接。
4.根據權利要求3所述的光柵反射器，其特徵在於所述的封裝結構(3)內還設有具有溫度補償作用的第二光纖支架(14)，所述保護塗敷層(8)軸向包裹在第一光柵(2)和第二光柵(13)外側，覆蓋沒有外保護層(7)的區域，用於保護雙包層光纖(1)、第一光柵(2)和第二光柵(13)；所述雙包層光纖(1)設置第二光柵(13)區域的兩端外側，用膠粘劑(11)固定在第二光纖支架(14)上；第一光纖支架(9)和第二光纖支架(14)與外殼(10)用密封膠(12)分別固定在一起；所述外殼(10)將構成所述光柵反射器的其餘部分包裹其中，雙包層光纖(1)的兩端延伸至外殼(10)兩端之外，密封膠(12)將雙包層光纖(1)與外殼(10)固定成一個密封的整體。
5.根據權利要求1所述的光柵反射器，其特徵在於所述雙包層光纖(1)為雙包層有源光纖或雙包層無源光纖。
6.根據權利要求1所述的光柵反射器，其特徵在於所述雙包層光纖(1)的纖芯(4)和內包層(5)對紫外光具有光敏性；所述雙包層光纖(1)的外包層(6)為對紫外光具有或不具有光敏特性的介質。
7.根據權利要求1所述的光柵反射器，其特徵在於所述雙包層光纖(1)的兩端的截面大小相同或不同。
全文摘要
一種光柵反射器，由雙包層光纖及在其內部設置的第一光柵構成，該第一光柵對泵浦光功率的反射率大於70％；第一光柵用於在泵浦光波段範圍內對泵浦光進行反射；雙包層光纖設置第一光柵的區域外部，設有封裝結構；所述雙包層光纖的兩端分別延伸出封裝結構的兩端，用於與其他光纖或光纖元件連接；在第一光柵的一端還可以設置第二光柵，用於反射纖芯中傳輸的信號光。本發明可作為一個獨立的器件製作，或者直接製作在被泵浦的有源光纖上；本發明特別適用於包層泵浦的光纖雷射器和光纖放大器，能有效減少泵浦光的洩漏，提高泵浦效率。
文檔編號G02B6/34GK1652007SQ200510059679
公開日2005年8月10日 申請日期2005年3月31日 優先權日2005年3月31日
發明者伍峰 申請人:北京光電技術研究所