一種光纖激光合束器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖激光合束器，包括多根激光輸入光纖、端帽、機械件、光纜，其特征在于：多根激光輸入光纖的一端通過熔融拉錐，結合為一束光纖束，光纖束與端帽熔接，且光纖束與端帽固定于一機械件內(nèi)，多根激光輸入光纖固定于光纜內(nèi)，結合成一整體。本發(fā)明通過光纖束與端帽直接熔接方式，使得多根激光輸入光纖合束，減小損耗，減小模式影響造成的光束質(zhì)量惡化。本發(fā)明在一個器件上實現(xiàn)了激光合束與激光傳輸?shù)榷鄠€功能，具有體積小、可靠性高，集成度高等優(yōu)點，能夠在保證高光束質(zhì)量的基礎上，實現(xiàn)高功率激光合束。
【專利說明】一種光纖激光合束器
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明屬于光纖激光器【技術領域】，涉及一種光纖激光合束器，用于將多路高功率激光器輸入的信號，合成為一個輸出，達到提高光纖激光器輸出功率、同時保證光束質(zhì)量的目的。
技術背景:
[0002]光纖激光器是繼傳統(tǒng)氣體激光器和固體激光器后的第三代新型激光器，具有結構緊湊、壽命長、免維護、光束質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，已成功應用于機械加工、醫(yī)療、汽車制造及軍事等領域。隨著其應用領域的不斷拓展，如汽車制造、傳播制造等行業(yè)中厚金屬板的激光器切割和焊接，希望光纖激光器的輸出功率達到數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦。
[0003]雖然目前單根光纖的輸出功率已經(jīng)突破2000W，但僅限于實驗室水平，且由于摻雜光纖內(nèi)的非線性效應以及熱損傷等物理機制的限制，單根光纖輸出功率的進一步提升將非常困難，目前成熟的單個光纖激光器功率單元一般功率在1500W左右。
[0004]為提高光纖激光器的輸出功率，這就需要將多個光纖激光器功率單元合為一束輸出，主要有相干合成和非相干合成兩種方法。光纖激光器的相干合成結構較為復雜，且不易調(diào)節(jié)，可靠性、穩(wěn)定性不佳，目前國內(nèi)外報道實現(xiàn)最高功率僅為數(shù)千瓦，不適合應用于高功率光纖激光器產(chǎn)品中。光纖激光器的非相干合成主要有光柵法、布拉格體光柵法等，但這些自由空間元件要求精度高且穩(wěn)定性差，也不適合用于制造高功率光纖激光器產(chǎn)品。
[0005]傳統(tǒng)的光纖功率合束器一般米用多根光纖拉錐，成為一束，再與一根光纖熔接，最后與光纖跳線熔接，作為輸出端輸出。該方案由于光纖合束器與光纖跳線是兩個部件，使得可靠性大為下降且成本很高；由于存在兩個熔接點，器件的損耗較高，對于IKW以上高功率，每增加0.5%的損耗，器件可靠性、穩(wěn)定性會下降10%以上；由于器件中間存在很長一段多模光纖，經(jīng)過耦合以后光束質(zhì)量大為影響。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0006]本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術存在的缺陷和問題，提供一種光纖激光合束器，克服了相干合成功率不高、穩(wěn)定性差，傳統(tǒng)功率合成光束質(zhì)量差、成本高等缺陷問題，實現(xiàn)了多束激光，高功率、高光束質(zhì)量合成。
[0007]本發(fā)明涉及用于光纖激光器功率合成的激光合束器及傳輸系統(tǒng)，包括多路激光輸入信號，激光合束器，高功率端帽，以及固定上述裝置的固定座以及光纖光纜。所述激光合束器其特征在于，輸入端為多路激光信號，通過通過熔融拉錐，結合為一束光纖束，通過熔接，使得光纖束與輸出端帽結合，該光纖束與端帽固定于一機械件內(nèi)，多束光纖束固定于光纜內(nèi)，使得結合成一整體。本發(fā)明通過光纖束與端帽直接熔接方式，使得多束激光合束，減小了損耗，減小了模式影響造成的光束質(zhì)量惡化。該發(fā)明，在一個器件上實現(xiàn)了多個器件的功能，具有體積小、可罪性聞，集成度聞等優(yōu)點，能夠在保證聞光束質(zhì)量的基礎上，實現(xiàn)聞功率激光合束。[0008]—種光纖激光合束器,包括多根激光輸入光纖、端帽、機械件、光纜,其特征在于:多根激光輸入光纖的一端通過熔融拉錐，結合為一束光纖束，光纖束與端帽熔接，且光纖束與端帽固定于一機械件內(nèi)，多根激光輸入光纖固定于光纜內(nèi)，結合成一整體。
[0009]激光輸入光纖為單模光纖或多模光纖。
[0010]激光輸入光纖為單包層光纖、多包層光纖、光子晶體光纖、保偏光纖、多芯光纖、光纖束或者有源光纖。
[0011]多根激光輸入光纖的一端通過熔融拉錐結合為一束光纖束，光纖束端通過切割或者磨拋使得其端面齊平。
[0012]多根激光輸入光纖通過旋轉打絞或者穿一套管內(nèi)，結合成一束，通過融拉拉錐使得彼此結合，熔融拉錐加熱使用氫氧火焰、石墨絲、激光或電極放電方式；加熱的方式是直接熱接觸或者間接熱傳導。
[0013]光纖束端面齊平后直接與一端帽熔接，采用氫氧火焰、石墨絲、激光或電極放電方式熔接。
[0014]所述端帽的材料為高純?nèi)廴谑?、氟化鈣、氟化霉、寶石、硅或硒化鋅。
[0015]所述端帽的一端與光纖束熔接，另外一端磨拋呈圓弧狀，端面鍍膜。
[0016]本發(fā)明通過光纖束與端帽直接熔接方式，使得多根激光輸入光纖合束，減小損耗，減小模式影響造成的光束質(zhì)量惡化。本發(fā)明在一個器件上實現(xiàn)了激光合束與激光傳輸?shù)榷鄠€功能，具有體積小、可罪性聞，集成度聞等優(yōu)點，能夠在保證聞光束質(zhì)量的基礎上，實現(xiàn)聞功率激光合束。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0017]圖1是本發(fā)明實施例提供的的主視圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的光纖束切割后端面示意圖。
[0019]圖3、4分別是本發(fā)明的光纖束與端帽熔接后激光傳播示意圖。
[0020]圖5是本發(fā)明的7束激光在端帽端面光束示意圖。
【具體實施方式】:
[0021]如圖1所示，本發(fā)明包括多根激光輸入光纖16、端帽11、機械件12、光纜13，多根激光輸入光纖16的一端通過熔融拉錐,結合為一束光纖束14,光纖束14端通過切割或者磨拋使得其端面齊平如圖2所示；光纖束14與端帽11熔接，端帽另外一端磨拋呈圓弧狀，端面鍍膜；且光纖束14與端帽11固定于一機械件12內(nèi)，多根激光輸入光纖16固定于光纜13內(nèi)，結合成一整體。熔融拉錐采用現(xiàn)有裝置來實現(xiàn)。光纖束與端帽熔接后激光傳播如圖
3、圖4所示。
[0022]以激光輸入光纖為7根的光纖信號為例,其制備方法如下:
[0023]1、7路激光輸入光纖為纖芯直徑20um、包層直徑400um的雙包層光纖，NA=0.065，激光光束質(zhì)量M2〈1.2;
[0024]2、將7根光纖為纖芯直徑20um、包層直徑400um的雙包層光纖，穿于一石英套管內(nèi)，使用氫氧火焰拉錐機器，拉錐機器為現(xiàn)有裝置，使得光纖束拉錐至300um，7根光纖，單根包層為80um ；[0025]3、使用該拉錐機器，在拉錐錐區(qū)中間切割，切割端面角度小于0.5° ；
[0026]4、把一根10_的石英棒兩端磨拋，端面磨拋粗糙度小于0.5nm，一端鍍增透膜，增透膜透過率高于99.9%，表面損傷閾值高于20J/cm2。另外一端與上述光纖束熔接，熔接采用氫、氧火焰熔接；
[0027]5、把上述端帽與光纖束整體固定于一銅管內(nèi)，銅管固定于一金屬套筒內(nèi)，7根激光輸入光纖穿于一金屬鎧裝內(nèi)，金屬鎧裝與金屬套筒連接、固定成為一個整體。
[0028]6、端帽出射端固定一激光保護窗口，方式灰塵污染端帽端面。
[0029]基于該方法，我們已經(jīng)成功實現(xiàn)7束激光輸入，效率大于99.8%，BPP<1.5，當7束激光同時輸入時，端帽端面使用CCD測試光斑分布，如圖5所示，整個光斑分布均勻，沒有發(fā)生畸變，說明該方法很好保證了每束激光的光束質(zhì)量。
[0030]市場同等類別的功率合束器，效率大于98%，BPP〈2.5，我們的方法制作的合束器較其性能提1?很多。
【權利要求】
1.一種光纖激光合束器，包括多根激光輸入光纖、端帽、機械件、光纜，其特征在于:多根激光輸入光纖的一端通過熔融拉錐，結合為一束光纖束，光纖束與端帽熔接，且光纖束與端帽固定于一機械件內(nèi)，多根激光輸入光纖固定于光纜內(nèi)，結合成一整體。
2.如權利要求1所述的光纖激光合束器，其特征在于:激光輸入光纖為單模光纖或多模光纖。
3.如權利要求1所述的光纖激光合束器，其特征在于:激光輸入光纖為單包層光纖、多包層光纖、光子晶體光纖、保偏光纖、多芯光纖、光纖束或者有源光纖。
4.如權利要求1所述的光纖激光合束器，其特征在于:多根激光輸入光纖的一端通過熔融拉錐結合為一束光纖束，光纖束端通過切割或者磨拋使得其端面齊平。
5.如權利要求1或4所述的光纖激光合束器，其特征在于:多根激光輸入光纖通過旋轉打絞或者穿一套管內(nèi)，結合成一束，通過融拉拉錐使得彼此結合，熔融拉錐加熱使用氫氧火焰、石墨絲、激光或電極放電方式；加熱的方式是直接熱接觸或者間接熱傳導。
6.如權利要求1所述的光纖激光合束器，其特征在于:光纖束端面齊平后直接與一端帽熔接，采用氫氧火焰、石墨絲、激光或電極放電方式熔接。
7.如權利要求1或6所述的光纖激光合束器，其特征在于:所述端帽的材料為高純?nèi)廴谑?、氟化鈣、氟化霉、寶石、硅或硒化鋅。
8.如權利要求1或6所述的光纖激光合束器,其特征在于:所述端帽的一端與光纖束熔接，另外一端磨拋呈圓弧狀，端面鍍膜。
【文檔編號】G02B6/42GK103487901SQ201310446965
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權日:2013年9月27日
【發(fā)明者】施建宏, 閆大鵬, 李成, 李立波, 黃中亞 申請人:武漢銳科光纖激光器技術有限責任公司