CN102044828A - 一种高功率光纤激光器光纤端面结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高功率光纤激光器的光纤头，其包括纤芯和无芯光纤，所述纤芯包括一第一端面；所述无芯光纤包括一第二端面，所述第一端面与所述第二端面相接触，且所述第一端面的面积小于所述第二端面的面积。本发明扩大高功率光纤激光器的输出端的输出面积，即降低输出端功率密度，能有效解决高功率光纤激光器的输出端面热损伤问题。

Description

一种高功率光纤激光器光纤端面结构

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及一种高功率光纤激光器的光纤头。 

背景技术

做为固体激光器的一员，全光纤结构的光纤激光器以其结构简单紧凑、体积小、工作稳定可靠、无须调试、光束质量好、易于集成等优点，被认为是固体激光技术实用化的最佳选择。其应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等。

光纤激光器的最大特点就是一根光纤穿到底，整台激光打标机器高度实现光纤一体化。而那些只在外部导光部分采用光纤传输或者LD泵浦源采用尾纤来耦合的激光器都不是真正意义上的光纤激光器。

光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，主要广泛应用于光纤通讯，其导光原理就是光的全反射机理。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-62.5μm) 、中间低折射率硅玻璃包层 (芯径一般为125μm) 和最外部的加强树脂涂层组成。光纤可分为单模光纤和多模光纤。

随着应用范围的扩展，对光纤激光器的功率要求越来越高，达到千瓦量级，出现了高功率光纤激光器。所谓高功率光纤激光器，是相对于光纤通讯中作为载波的低功率光纤激光器而言(功率为mW级)，是定位于机械加工、激光医疗、汽车制造和军事等行业的高强度光源。 

在高功率光纤激光器中，光纤端面纤芯的功率密度很高，易造成端面热损伤；对光纤端面的平整度和清洁度有很高的要求，增加光纤激光器加工成本；对使用环境要求较高；同时使用寿命也存在隐患。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提供一种高功率光纤激光器的光纤头，扩大光纤输出端激光输出面积，降低输出端激光功率密度。

本发明提供一种高功率光纤激光器的光纤头，其包括纤芯和无芯光纤，所述纤芯包括一第一端面；所述无芯光纤包括一第二端面，所述第一端面与所述第二端面相接触，且所述第一端面的面积小于所述第二端面的面积。

进一步地，所述第一端面与所述第二端面都为圆形，且第二端面的直径与第一端面的直径的比值的范围为4~10。

进一步地，还包括：用于包裹所述纤芯和无芯光纤的毛细玻璃管。

进一步地，所述无芯光纤还包括一第三端面，所述毛细玻璃管包括一第四端面，所述无芯光纤的第三端面与所述毛细玻璃管的第四端面平齐。

进一步地，所述高功率光纤激光器的光纤头还包括临近所述无芯光纤的光学棒，所述无芯光纤还包括一第三端面，所述第三端面光胶光学棒的前端面。

进一步地，所述光学棒的后端面镀输出光的增透膜。

进一步地，所述高功率光纤激光器的光纤头还包括输出腔片，所述输出腔片临近所述光学棒的后端面，所述输出腔片为平凹腔镜。

进一步地，所述输出腔片的平凹腔的凹面镀输出光的反射膜，平面镀输出光的增透膜。

进一步地，所述输出腔片的平凹腔的凹面距离纤芯的第一端面的距离为：凹面的曲率半径加/减5厘米。

进一步地，上述高功率光纤激光器的光纤头为高功率光纤激光器的输入端或者输出端。

本发明提供的一种高功率光纤激光器的光纤头，扩大高功率光纤激光器的输出端的输出面积，所述第一端面的面积小于所述第二端面的面积，即降低输出端功率密度，能有效解决高功率光纤激光器的输出端面热损伤问题。

附图说明

图1是本发明一种高功率光纤激光器的光纤头的一较佳实施例结构示意图。

图2是图１所示纤芯101和无芯光纤102二者直径关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

请参阅图1和图2，其中，图1是本发明一种高功率光纤激光器的光纤头的一较佳实施例结构示意图；图2图１所示纤芯101和无芯光纤102二者直径关系示意图。

一种高功率光纤激光器的光纤头，其包括：纤芯101，无芯光纤102，毛细玻璃管103，光学棒104，以及输出腔片105。

其中，纤芯101与无芯光纤102采用熔接方式连接。所述纤芯101包括一第一端面1011；所述无芯光纤102包括一第二端面1021和一第三端面1022，所述第一端面1011与所述第二端面1021相接触，且所述第一端面1011的面积小于所述第二端面1021的面积。纤芯101的第一端面1011与无芯光纤102的第二端面1021采用熔接方式连接。

且，所述第一端面1011的面积小于所述第二端面1021的面积，如图2所示。所述第一端面1011与所述第二端面1021都为圆形。纤芯101第一端面1011的直径为D0，无芯光纤102第二端面1021的直径为D1，可以根据输出功率的大小，设计D1/D0的倍数，一般为4～10倍。也即第二端面1021的直径与第一端面1011的直径的比值的范围为4~10。

纤芯101的近端面段与无芯光纤102装夹在毛细玻璃管103中。所述毛细玻璃管103包括一第四端面1031，且无芯光纤102的第三端面1022与毛细玻璃管103的第四端面1031平齐。也即，毛细玻璃管103包裹所述纤芯101和无芯光纤102的毛细玻璃管，或者，毛细玻璃管103包裹所述纤芯101的近端面段和无芯光纤102的毛细玻璃管。

为进一步增加激光输出面积，且将无芯光纤102输出端与空气隔离开，在无芯光纤102的第三端面1022光胶光学棒104的前端面，光学棒104的后端面镀输出光的增透膜。

在临近光学棒104的后端面放置一输出腔片105。所述输出腔片105临近所述光学棒104的后端面，其为平凹腔镜。所述输出腔片105的平凹腔的凹面镀输出光的反射膜／部分反射膜，平面镀输出光的增透膜。所述输出腔片105的平凹腔的凹面距离纤芯101的端面的距离约为凹面的曲率半径，使回馈光能返回纤芯101中，保证光纤激光器的出射光的振荡。较佳地，在本实施例中，所述输出腔片105的平凹腔的凹面距离纤芯101的端面的距离为：凹面的曲率半径加/减5厘米。

与现有技术相对比，本发明提供的一种高功率光纤激光器的光纤头，扩大高功率光纤激光器的输出端的输出面积，即降低输出端功率密度，能有效解决高功率光纤激光器的输出端面热损伤问题。具体地，将高功率光纤激光器的输出端的输出面积扩大10～100倍，即可将输出功率密度降低10～100倍，能有效解决高功率光纤激光器的输出端面热损伤问题。

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。 

Claims (10)

1.一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，包括纤芯和无芯光纤，所述纤芯包括一第一端面；所述无芯光纤包括一第二端面，所述第一端面与所述第二端面相接触，且所述第一端面的面积小于所述第二端面的面积。

2.根据权利要求1所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述第一端面与所述第二端面都为圆形，且第二端面的直径与第一端面的直径的比值的范围为4~10。

3.根据权利要求1所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，还包括：用于包裹所述纤芯和无芯光纤的毛细玻璃管。

4.根据权利要求3所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述无芯光纤还包括一第三端面，所述毛细玻璃管包括一第四端面，所述无芯光纤的第三端面与所述毛细玻璃管的第四端面平齐。

5.根据权利要求1所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述高功率光纤激光器的光纤头还包括临近所述无芯光纤的光学棒，所述无芯光纤还包括一第三端面，所述第三端面光胶光学棒的前端面。

6.根据权利要求5所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述光学棒的后端面镀输出光的增透膜。

7.根据权利要求5所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述高功率光纤激光器的光纤头还包括输出腔片，所述输出腔片临近所述光学棒的后端面，所述输出腔片为平凹腔镜。

8.根据权利要求7所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述输出腔片的平凹腔的凹面镀输出光的反射膜，平面镀输出光的增透膜。

9.根据权利要求7所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述输出腔片的平凹腔的凹面距离纤芯的第一端面的距离为：凹面的曲率半径加/减5厘米。

10.根据权利要求1至9任一项所述的一种高功率光纤激光器的光纤头，其特征在于，所述高功率光纤激光器的光纤头为高功率光纤激光器的输入端或者输出端。

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