一種高功率光纖泵浦合束器及其封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高功率光纖泵浦合束器及其封裝方法的技術(shù)方案，該方法利用在拉錐整形后的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（包括 N 根輸入泵浦光纖、錐區(qū)、熔接點、輸出光纖）的輸入端和輸出端有技巧的涂覆兩道高折射率UV膠，從而使其固定于一帶有凹槽的鋁質(zhì)基板上，再用一與鋁質(zhì)基板凹槽結(jié)構(gòu)相同的鋁質(zhì)上蓋點膠密封以完成泵浦合束器的封裝。利用本發(fā)明封裝后的泵浦合束器結(jié)構(gòu)簡單，熱量囤積現(xiàn)象不明顯，散熱效果好，器件不易損壞，耐受功率可達kW至數(shù)kW量級。
【專利說明】
一種高功率光纖泵浦合束器及其封裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種光學(xué)設(shè)備及其封裝方法，尤其是一種高功率光纖泵浦合束器及其封裝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，公知的技術(shù)是，光纖泵浦合束器具有使用方便、耦合效率高、集成度高等優(yōu)點，已成為光纖激光器中主要的泵浦耦合方式。光纖泵浦合束器的主要組成包含兩部分:一是經(jīng)拉錐整形后的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；二是封裝結(jié)構(gòu)。光纖泵浦合束器的封裝應(yīng)具備以下三方面功能:一是對泵浦合束器中的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進行有效固定；二是對泵浦合束器中的雜散光進行有效吸收；三是對泵浦合束器中的廢熱進行有效傳遞，從而減小泵浦合束器的熱效應(yīng)，提高泵浦合束器的耐受功率。
[0003]目前，光纖泵浦合束器的封裝結(jié)構(gòu)普遍較復(fù)雜，且散熱性能較差，尤其是kW級高功率光纖泵浦合束器的封裝散熱一般采取通水冷卻方式，其封裝過程和結(jié)構(gòu)均相對復(fù)雜。如何有效提高光纖泵浦合束器的導(dǎo)光、散熱性能，并有效簡化封裝結(jié)構(gòu)從而方便使用已成為需解決的重要問題，這是現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種高功率光纖泵浦合束器及其封裝方法的技術(shù)方案，該方案結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、散熱性能好，耐受功率可高達kff量級。
[0005]本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的:
一種高功率光纖泵浦合束器，其特征是:包括有上蓋、基板、熔接在一起的輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖；輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖水平放置在基板上；基板兩端和中部設(shè)置有凹槽；輸入泵浦光纖束放置在基板一端的凹槽上；輸出泵浦光纖放置在基板另一端的凹槽上；輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖的熔接點設(shè)置在基板中部的凹槽上；上蓋板蓋在基板上。
[0006]作為本方案的優(yōu)選:輸入泵浦光纖束的裸光纖部分均勻分散開，各裸露的光纖之間存在間隙，并由高折UV膠將裸光纖部分固定在基板上。
[0007]作為本方案的優(yōu)選:輸出泵浦光纖由涂敷在光纖上的高折UV膠固定在基板上。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:凹槽的形狀為辦圓弧形，凹槽內(nèi)部緊密排布有錐角角度小于凹槽上方光纖的最大穩(wěn)定傳輸角的半圓弧形V型槽。
[0009]一種高功率光纖泵浦合束器的封裝方法，其特征是:包括有以下步驟:
a.將熔接在一起的輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖水平置于基板的凹槽內(nèi)，并用夾具將輸出泵浦光纖固定?。?br> b.將輸入泵浦光纖的裸光纖部分均勻分散開，使各裸光纖存在一定間隙，然后再用特定夾具將輸入泵浦光纖固定住； C.將高折UV膠涂覆在遠離錐區(qū)，且被分散開來的輸入泵浦光纖的裸光纖部分和輸入泵浦光纖的聚合物保護層部分，其中，裸光纖部分的涂覆長度為9mm-l 1mm，聚合物保護層的涂覆長度大于5mm，高折UV膠完全浸沒輸入泵浦光纖以保證有效的導(dǎo)光和導(dǎo)熱性能；
d.用紫外固化燈對涂覆在泵浦合束器輸入端的高折UV膠進行紫外光輻照固化；
e.對輸出泵浦光纖進行點膠涂覆，當(dāng)輸出泵浦光纖為石英包層光纖時，高折UV膠直接涂覆在遠離熔接點的輸出泵浦光纖的裸石英包層上；當(dāng)輸出泵浦光纖為聚合物包層光纖時，高折膠涂覆的起始位置應(yīng)恰好與聚合物包層平齊，輸出端的UV膠涂覆長度大于8mm，高折膠完全浸沒輸出泵浦光纖，從而保證輸出泵浦光纖的固定穩(wěn)定性和有效的導(dǎo)光、導(dǎo)熱性；
f.用紫外固化燈對涂覆在泵浦合束器輸出端的高折UV膠進行紫外光輻照固化；
g.用與基板凹槽結(jié)構(gòu)相同的上蓋通過螺釘與基板進行連接，將上蓋的左右兩側(cè)凹槽用高折UV膠填充，然后再用紫外固化燈對這部分高折膠進行固化，從而實現(xiàn)泵浦合束器的密封并完成泵浦合束器的封裝。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:步驟b中,對輸入泵浦光纖的裸光纖部分進行分散時,分散的裸光纖部分全部位于同一平面內(nèi)或分散于三維空間中。
[0011]本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，由于在該方案中基板的長度與泵浦合束器的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)長度相適宜，基板的凹槽為半圓弧形，其直徑為數(shù)毫米，凹槽中緊密排布著錐角角度小于光纖最大穩(wěn)定傳輸角的半圓弧形V型槽，從而有效吸收無法在光纖中穩(wěn)定傳輸?shù)慕嵌容^大的雜散光；輸入泵浦光纖的裸光纖分散開來的目的是為了避免造成熱量囤積，因為當(dāng)輸入光纖被捆綁在一起或緊密排列時，高折紫外膠會浸入光纖之間的狹小縫隙，從而形成折射率內(nèi)高外低的類光纖結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)無法有效導(dǎo)光而使得光束聚集在UV膠內(nèi)而形成熱量囤積，由于石英和UV膠的熱導(dǎo)率均很低，所以，這樣會引起嚴重的熱效應(yīng)，從而降低了泵浦合束器的耐受功率。
[0012]將高折UV膠涂覆在輸入泵浦光纖的裸光纖部分的原因是為了避免熔接點附近附近產(chǎn)生的散射光進入輸入泵浦光纖的聚合物保護層，從而引起不必要的熱量累積。
[0013]當(dāng)UV膠直接涂覆在輸入泵浦光纖的裸光纖上時，雜散光在進入聚合物保護層之前就已經(jīng)被高折UV膠所導(dǎo)出，并被鋁質(zhì)基板所吸收，從而可有效減低熱效應(yīng)。
[0014]當(dāng)輸出泵浦光纖為聚合物包層光纖時，UV膠涂覆的起始位置應(yīng)與聚合物包層平齊的目的是為了將聚合物包層吸收的熔接點附近產(chǎn)生的散射光基本完全導(dǎo)出，并利用UV膠對聚合物包層進行導(dǎo)熱。若UV膠與聚合物包層的起始位置不平齊，則散射光會直接進入未被UV膠覆蓋的這部分懸空的聚合物包層中，從而引發(fā)聚合物包層的熱量累積，降低泵浦合束器的耐受功率。
[0015]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡單，熱量囤積現(xiàn)象不明顯，散熱效果好，器件不易損壞，耐受功率可達kW至數(shù)kW量級，具有突出的實質(zhì)性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為上蓋對泵浦耦合器進行密封的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中，I為輸入泵浦光纖,2為錐區(qū),3為熔接點,4為輸出泵浦光纖,5為基板,6為V型槽，7為V型槽，8為V型槽，9為第一道高折射率UV膠，10為輸入泵浦光纖的裸光纖，11為第二道高折射率UV膠，12為上蓋，13為螺釘。

【具體實施方式】
[0019]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0020]本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0021]如圖1，本發(fā)明包括有上蓋、基板、熔接在一起的輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖；輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖水平放置在基板上；基板兩端和中部設(shè)置有凹槽；輸入泵浦光纖束放置在基板一端的凹槽上；輸出泵浦光纖放置在基板另一端的凹槽上；輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖的熔接點設(shè)置在基板中部的凹槽上；上蓋板蓋在基板上；輸入泵浦光纖束的裸光纖部分均勻分散開，各裸露的光纖之間存在間隙，并由高折UV膠將裸光纖部分固定在基板上；輸出泵浦光纖由涂敷在光纖上的高折UV膠固定在基板上；凹槽的形狀為半圓弧形，凹槽內(nèi)部緊密排布有錐角角度小于凹槽上方光纖的最大穩(wěn)定傳輸角的半圓弧形V型槽。
[0022]具體的封裝方法為:
選擇7X1泵浦合束器的輸入泵浦光纖型號為芯200um/包220um，NA=0.22的多模光纖，輸出泵浦光纖為雙包層光纖，其石英包層的直徑為400um，聚合物包層直徑為550um，NA=0.46。
[0023]首先，將泵浦合束器中含有7根輸入泵浦光纖1、錐區(qū)2、熔接點3、輸出泵浦光纖4的光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)水平放置在一塊鋁質(zhì)基板上5的凹槽中，凹槽的直徑為3mm，左側(cè)凹槽中緊密排布著角度為15°的V型槽6，中部靠近熔接點的凹槽中緊密排布了角度為20°的V型槽7，右側(cè)凹槽中緊密排布著角度為30°的V型槽8。
[0024]然后用一夾具將輸出泵浦光纖4水平固定住，將7根輸入泵浦光纖I在同一平面上均勻分散開后再用相應(yīng)的夾具將其固定住，用第一道高折射率UV膠9涂覆7根輸入泵浦光纖的裸光纖10和聚合物保護層，直至其完全被UV膠覆蓋，裸光纖的涂覆長度約10mm，聚合物保護層的涂覆長度不小于5mm，完成涂覆后用紫外固化燈對輸入端的UV膠進行輻照固化。
[0025]然后用第二道高折射率UV膠11對輸出泵浦光纖4的聚合物包層進行涂覆，涂覆時應(yīng)自右向左涂覆，在接近裸光纖與聚合物包層分界點時應(yīng)放慢涂覆速度以保證UV膠正好覆蓋聚合物包層的起始點，而又不會涂覆至裸光纖上。輸出泵浦光纖4的涂覆長度不小于8mm，且輸出泵浦光纖應(yīng)完全被UV膠覆蓋。完成涂覆后用紫外固化燈對輸出端的UV膠進行輻照固化。
[0026]最后，如圖2所示，用一與鋁質(zhì)基板凹槽結(jié)構(gòu)相同的鋁質(zhì)上蓋12通過螺釘13與鋁質(zhì)基板進行連接，用高折UV膠將鋁質(zhì)上蓋的左右兩側(cè)凹槽填充一定距離(不超過基板上的UV膠涂覆范圍)，然后再用紫外固化燈對這部分高折膠進行固化，從而實現(xiàn)泵浦合束器的密封并完成泵浦合束器的封裝。
[0027]利用上述方法封裝的泵浦合束器測試結(jié)果為:泵浦合束器各臂接入功率145W的976nm泵浦光源，總耐受功率達1015W，穩(wěn)定工作I小時以上。其中，輸入端UV膠的溫度僅上升24.6 V，輸出端UV膠的溫度僅上升23°C。
[0028]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率光纖泵浦合束器，其特征是:包括有上蓋、基板、熔接在一起的輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖；所述輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖水平放置在基板上；所述基板兩端和中部設(shè)置有凹槽；所述輸入泵浦光纖束放置在基板一端的凹槽上；所述輸出泵浦光纖放置在基板另一端的凹槽上；所述輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖的熔接點設(shè)置在基板中部的凹槽上；所述上蓋板蓋在基板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率光纖泵浦合束器，其特征是:所述輸入泵浦光纖束的裸光纖部分均勻分散開，各裸露的光纖之間存在間隙，并由高折UV膠將裸光纖部分固定在基板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率光纖泵浦合束器，其特征是:所述輸出泵浦光纖由涂敷在光纖上的高折UV膠固定在基板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高功率光纖泵浦合束器，其特征是:所述凹槽的形狀為辦圓弧形，凹槽內(nèi)部緊密排布有錐角角度小于凹槽上方光纖的最大穩(wěn)定傳輸角的半圓弧形V型槽。
5.一種高功率光纖泵浦合束器的封裝方法，其特征是:包括有以下步驟: a.將熔接在一起的輸入泵浦光纖束和輸出泵浦光纖水平置于基板的凹槽內(nèi)，并用夾具將輸出泵浦光纖固定??； b.將輸入泵浦光纖的裸光纖部分均勻分散開，使各裸光纖存在一定間隙，然后再用特定夾具將輸入泵浦光纖固定?。? c.將高折UV膠涂覆在遠離錐區(qū)，且被分散開來的輸入泵浦光纖的裸光纖部分和輸入泵浦光纖的聚合物保護層部分，其中，裸光纖部分的涂覆長度為9mm-l 1mm，聚合物保護層的涂覆長度大于5mm，高折UV膠完全浸沒輸入泵浦光纖以保證有效的導(dǎo)光和導(dǎo)熱性能； d.用紫外固化燈對涂覆在泵浦合束器輸入端的高折UV膠進行紫外光輻照固化； e.對輸出泵浦光纖進行點膠涂覆，當(dāng)輸出泵浦光纖為石英包層光纖時，高折UV膠直接涂覆在遠離熔接點的輸出泵浦光纖的裸石英包層上；當(dāng)輸出泵浦光纖為聚合物包層光纖時，高折膠涂覆的起始位置應(yīng)恰好與聚合物包層平齊，輸出端的UV膠涂覆長度大于8mm，高折膠完全浸沒輸出泵浦光纖，從而保證輸出泵浦光纖的固定穩(wěn)定性和有效的導(dǎo)光、導(dǎo)熱性； f.用紫外固化燈對涂覆在泵浦合束器輸出端的高折UV膠進行紫外光輻照固化； g.用與基板凹槽結(jié)構(gòu)相同的上蓋通過螺釘與基板進行連接，將上蓋的左右兩側(cè)凹槽用高折UV膠填充，然后再用紫外固化燈對這部分高折膠進行固化，從而實現(xiàn)泵浦合束器的密封并完成泵浦合束器的封裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高功率光纖泵浦合束器的封裝方法，其特征是:所述步驟b中，對輸入泵浦光纖的裸光纖部分進行分散時，分散的裸光纖部分全部位于同一平面內(nèi)或分散于三維空間中。
【文檔編號】H01S3/091GK104377537SQ201410691451
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】范國濱, 吳娟, 張凱, 孫殷宏, 馬毅, 唐淳, 張衛(wèi), 王巖山, 馮昱駿, 李騰龍, 高清松 申請人:中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所