熔融側面泵浦耦合器光纖夾角對耦合效率的影響

譚祺瑞，葛廷武，王智勇

(北京工業大學 激光工程研究院，北京 100124)

引言

泵浦耦合器是高功率光纖激光器的關鍵無源光器件，它將多路由大功率半導體激光器產生的泵浦光耦合進主光纖中，為高功率光纖激光器提供所需的泵浦光功率[1-3]。所以泵浦耦合器是研制高功率光纖激光器研究人員首先要解決的一個問題，近年來成為了國內外的研究熱點。目前泵浦耦合器的制作工藝是采用將泵浦光纖和主光纖側面熔融的方法[4-6]，該方法既要將泵浦光纖熔接到主光纖上，又要防止主光纖的形狀發生變化，從而保持主光纖中信號光的低插入損耗[7-8]。但是這種熔融側面泵浦耦合器的泵浦光纖和主光纖之間會存在一定夾角，對耦合效率產生影響。2008年清華大學歐攀等人提出了采用CO2激光器制作熔融側面泵浦耦合器的方法[9-10]，他們將10°耦合角端面磨拋的多模光纖通過六維調整架與主光纖的側壁接觸，用CO2激光對二者低功率預熱后再進行高功率熔接，并測試了該泵浦耦合器耦合功率達到7.23 W，耦合效率為70.5%，但并沒有理論分析和實驗論證泵浦光纖和主光纖的夾角對耦合效率的影響，同時能夠看出耦合角過大是導致耦合效率較低的主要原因。

為了研究光纖夾角對耦合效率的影響，本文根據熔融側面泵浦耦合器的結構特點，建立了物理模型，在雙波導定向耦合器不完全耦合理論的基礎上，對耦合波方程組作了進一步的推導，得出各光纖中光功率與夾角關系的方程組，并針對不同數值孔徑的泵浦光纖，進行了仿真研究和實驗論證，該研究結果對熔融側面泵浦耦合器的設計及制作均具有指導意義。……