CN102928921B

CN102928921B - 用于大功率耦合的光纤结构

Info

Publication number: CN102928921B
Application number: CN201210392952.3A
Authority: CN
Inventors: 张晶; 樊仲维; 侯立群; 石朝辉; 王培峰
Original assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: CN102928921A

Abstract

本发明提供一种用于大功率耦合的光纤结构，包括：在光纤输入端去除外包层所形成的暴露光纤芯和设置在所述暴露光纤芯的根部的遮光板，所述遮光板具有通孔，其孔径与光纤芯径相匹配，且所述暴露光纤芯穿过所述遮光板的通孔并暴露在所述遮光板外。本发明能确保大功率耦合器件的稳定运行，特别适合用于大功率光纤激光。本发明还能够抑制多余功率散射出来的影响，保证系统器件工作在正常温度下，避免器件的性能下降。

Description

用于大功率耦合的光纤结构

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体地说，本发明涉及一种用于大功率耦合的光纤耦合结构。

背景技术

光纤具有良好的柔韧性、传导性特点，常常与半导体激光器结合使用，制作成大功率光纤激光器，这种大功率光纤激光器在激光加工(如金属材料切割、焊接、熔覆等)领域中有重要应用价值。目前，大功率光纤激光器主要由以下几个部分组成：大功率耦合部件、光束传输部件、增益光纤部件和光纤输出端头，其中核心部件是大功率耦合部件。目前，大功率耦合部件的实现方式如下：半导体激光器输出的激光经过非球面透镜耦合聚焦，然后将聚焦后的激光耦合至光纤中。然而，这种采用非球面透镜的耦合方式往往难以将全部功率的激光耦合至光纤芯内，而未耦合进入到光纤芯内的激光会照射到光纤包层上。当激光的功率较大时，照射到光纤包层上的激光容易造成光纤包层损坏，进而导致耦合部件不能正常工作。现有技术中，为克服上述问题，一般使用多级非球面透镜将聚焦光斑不断缩小，然后将缩小后的激光精确传输进入光纤芯内。然而，这种解决方案一方面需要配置多级非球面透镜的精密光路，装调困难，另一方面还使光路长度增加，这样容易出现光束漂移等问题，导致可靠性降低。

因此，当前迫切需要一种易于装调、可靠性高的大功率耦合解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种易于装调、可靠性高的大功率耦合解决方案。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于大功率耦合的光纤结构，包括：在光纤输入端去除外包层所形成的暴露光纤芯和设置在所述暴露光纤芯的根部的遮光板，所述遮光板具有通孔，其孔径与光纤芯径相匹配，且所述暴露光纤芯穿过所述遮光板的通孔。

其中，所述光纤耦合结构还包括连接套管，所述连接套管套在所述光纤上并与所述光纤固定在一起，所述连接套管与所述遮光板连接，使所述遮光板处于所述暴露光纤芯的根部。

其中，所述遮光板包括互相连为一体的遮光部和筒状的连接部，所述筒状的连接部与所述连接套管螺纹连接，所述光纤穿过所述连接套管，临近暴露光纤芯的含有外包层的光纤不超出所述连接部，所述暴露光纤芯穿过所述筒状连接部暴露在所述遮光板外。

其中，所述遮光板的通孔的孔径是光纤外包层直径的1.1倍至1.2倍。

其中，所述暴露光纤芯是通过光纤熔覆的方法将光纤前端外包层去除而形成的。

其中，所述暴露光纤芯的长度为10~15cm。

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

1、本发明能确保大功率耦合器件的稳定运行，特别适合用于大功率光纤激光器。

2、本发明能抑制多余功率散射出来的影响，保证系统器件工作在正常温度下，避免器件的性能下降。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施例的结构示意图；

图2示出了本发明的一个优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地描述。

图1示出了本发明的一个实施例的结构示意图，该实施例提供了一种用于大功率耦合的光纤结构，包括：在光纤1输入端去除外包层所形成的暴露光纤芯3和设置在所述暴露光纤芯3根部的遮光板2，遮光板2具有通孔，所述暴露光纤芯3穿过所述遮光板2的通孔。这里所说的暴露光纤芯3根部实际上就是暴露光纤芯3与具有外包层的光纤的结合处。遮光板2的材料可选择黑色吸热物质，表面是漫反射面。在使用时，入射激光从暴露光纤芯3一端入射，由于暴露光纤芯3暴露在遮光板2外部，因此，入射激光能够正常耦合到光纤中。与此同时，未进入到光纤芯内的杂散光则被遮光板2拦截。遮光板2材料为黑色吸热物质，能够将余热吸收，另一方面，其表面是漫反射面，因此也不会因全面反射造成操作危险。

图2示出了本发明的一个优选实施例的结构示意图。如图2所示，该用于大功率耦合的光纤结构包括在光纤1输入端去除外包层所形成的暴露光纤芯3、设置在所述暴露光纤芯3根部的遮光板2、以及连接套管4。遮光板2包括遮光部7和连接部5，连接部5为筒状，该筒状的连接部5具有内螺纹。连接部5的中空部分形成通孔6。遮光部7和连接部5可以分别制作再相互连接形成一个整体，也可以直接一次成型连为一体。连接套管4套在光纤1外部，其上设有夹持部件，用于将连接套管4固定在光纤1上。连接套管4外侧具有外螺纹，它与筒状连接部5的内螺纹相互配合，使得连接套管4和筒状连接部5实现螺纹连接。光纤1输入端处的暴露光纤芯3从筒状连接部5伸出，从而暴露在遮光板2外。显然，遮光板2外指的是暴露在入射光下的区域，即图2中的遮光板2右侧的区域。而临近暴露光纤芯3的含有外包层的光纤不超出所述连接部5，这样可避免外包层受到未进入光纤芯的杂散光影响。需注意的是，如果有外包层暴露在遮光板2外，那么在实际使用时，暴露的外包层就可能被杂散光点着，并将燃烧传导至其余未暴露的部分。在一个优选实施例中，所述遮光板2的通孔6为圆形，其孔径是光纤（含外包层）直径的1.15倍。通孔6的孔径还可选择光纤（含外包层）直径的1.1倍至1.2倍的其它数值，这样既可以与光纤外包层相匹配，又保证装校时留有空隙保证不受应力。遮光板2材料选择黑色金属材料（如喷塑黑色涂料的铝、不锈钢、铜等金属材料）。在一个优选实施例中，所述暴露光纤芯径3是通过光纤熔覆的方法将光纤1输入端外包层去除而形成的。在一个优选实施例中，暴露在遮光板2外的暴露光纤芯3的长度为10~15cm。这样是考虑到保证光纤熔接设备能够具有足够操作空间，并能够满足接头和光阑设计尺寸。

在实际测试中，采用芯径400μm的光纤，数值孔径为0.22，光阑孔径为0.48mm，熔覆后暴露出光纤芯的长度为12cm的光纤结构，采用非球面透镜聚焦光斑后入射，测得耦合效率为80%，稳定工作时间达1000小时，显著优于传统光纤。

需要说明的是，本发明特别适合用于大功率光纤激光器中，但本发明的应用不限于此。在需要将大功率激光耦合进入光纤的场合，均可采用本发明的光纤耦合结构。

Claims

1.一种用于大功率耦合的光纤结构，包括：在光纤输入端去除外包层所形成的暴露光纤芯和设置在所述暴露光纤芯的根部的遮光板，所述遮光板具有通孔，其孔径与光纤芯径相匹配，且所述暴露光纤芯穿过所述遮光板的通孔；所述光纤结构还包括连接套管，所述连接套管套在所述光纤上并与所述光纤固定在一起，所述连接套管与所述遮光板连接，使所述遮光板处于所述暴露光纤芯的根部；所述遮光板包括遮光部和筒状的连接部，所述筒状的连接部与所述连接套管螺纹连接，所述光纤穿过所述连接套管，临近暴露光纤芯的含有外包层的光纤不超出所述连接部，所述暴露光纤芯穿过所述筒状连接部暴露在所述遮光板外。

2.根据权利要求1所述的用于大功率耦合的光纤结构，其特征在于，所述遮光部和所述连接部分别制作再相互连接形成一个整体，或者所述遮光部和所述连接部直接一次成型连为一体。

3.根据权利要求2所述的用于大功率耦合的光纤结构，其特征在于，所述遮光板的通孔的孔径是光纤外包层直径的1.1倍至1.2倍。

4.根据权利要求1所述的用于大功率耦合的光纤结构，其特征在于，所述暴露光纤芯是通过光纤熔覆的方法将光纤前端外包层去除而形成的。

5.根据权利要求1所述的用于大功率耦合的光纤结构，其特征在于，所述暴露光纤芯的长度为10～15cm。