光纖合束器是一種光纖連接器件,其通過光纖精密熔接技術,使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中,并使由于其介入光路而對系統造成的影響減到最小。
光纖合束器是光纖激光器系統中的重要元器件,它的好壞不僅直接決定著光纖激光器功率的高低和光束質量的優(yōu)劣,還是激光器安全穩(wěn)定工作的重要保證。
光纖合束器的制作要求
1)對于輸入光纖的數目N 有一定的要求,需要滿足一定的條件——理論上,希望光纖束的截面呈現的形狀為圓形結構,從而有利于光纖束與輸出光纖的熔接,同時,又需盡量減小光纖間的間距,故光纖需要緊湊排布。對于(N+1)×1 型的光纖合束器,要求光纖對稱排列,原因是中間的光纖是輸入信號光纖,多模光纖在這根光纖四周排布著。
2)為使泵浦光能夠高效的耦合進雙包層光纖中,不造成過多的光泄露,合束器的制作需要滿足亮度定理;
3)光纖合束器的制作需要滿足絕熱拉錐條件,絕熱拉錐條件是設計足夠長的拉錐過渡區(qū)域以保證拉錐的角度足夠小——即過渡區(qū)域的拉錐長度,Zt=r/Ω 要大于拉錐過渡區(qū)域處的基模和次高階模之間的耦合長度,Zb=2π/(β1-β2)。在絕熱拉錐的基礎上,光在錐體中的傳播將不會發(fā)生大的改變,拉錐區(qū)域的傳輸效率也將顯著提高。
根據絕熱拉錐條件的上述原則,當處于拉錐長度和耦合長度相等這一臨界條件時,此時的拉錐角為滿足絕熱拉錐條件的最大的拉錐角度,該角度是由光纖光場的衍射作用決定的,光纖基模的衍射擴散角是最大的纖芯或者包層拉錐角。綜上所述,根據絕熱拉錐條件可知,拉錐的角度不能超過基模的衍射擴散角度,這樣才可以使得光在錐體中傳輸時不會發(fā)生較大的變化。
4)當模場是近似于高斯函數分布時,合束器熔接損耗可以由模場直徑估算。