CN103777279B - 一种光纤端帽熔接系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤端帽熔接系统，用于将光纤和端帽进行熔接，包括：激光产生装置，用于产生激光；环形光转换装置，用于将激光产生装置产生的激光转换为发散的环形光；聚焦装置，用于对环形光转换装置出射的发散的环形激光进行汇聚，使之聚焦在熔接面；光纤夹持装置，用于夹持所要进行熔接的光纤，使之光纤端帽对准；以及端帽夹持装置，用于夹持所要进行熔接的端帽。光纤夹持装置所夹持的光纤和聚焦装置中的至少一个光学元件位于熔接面的同一侧，且在所述至少一个光学元件的中心开设供光纤通过的通孔，光纤以穿过该通孔的方式被夹持于光纤夹持装置上。本发明可以实现将光纤两端熔接大直径尺寸端帽，降低激光入射端面的功率密度和损伤概率。
Description
技术领域
本发明属于光纤制造技术领域，具体涉及一种光纤端帽熔接系统，特别是光纤与大尺寸石英端帽熔接的熔接系统。本发明主要用于制作大功率传能光纤。
背景技术
高功率传能光纤是光纤耦合输出固体激光器及光纤激光必备器件，所以大尺寸阶梯型光纤端帽熔接装置开发有很大的实用意义。
高功率传能光纤制作中的核心技术是光纤端帽的熔接。高功率激光光纤传输存在以下待解决问题：1、光纤芯径很细，高功率激光通过透镜聚焦进入光纤，光纤端面的功率密度极高，光纤很容易损坏，所以要求光纤端面无任何损伤及污染，要求极为苛刻；2、光纤端面面积很小，不容易进行镀膜处理，激光进入无镀膜光纤端面存在较大的损耗，会产生更多损坏光纤的热量；3、裸光纤两端头在安装、拆卸过程中强度低，夹持很不方便。
目前国内外的光纤熔接系统主要用于光纤和光纤熔接，或者光纤和直径2mm以下的石英端帽进行熔接，不适合将光纤与大直径石英端帽进行熔接。并且普通熔接机的熔接工作原理也不适合将光纤与大直径石英端帽进行熔接。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是现有的光纤熔接系统无法应用于光纤与大直径的光纤端帽的熔接的问题。
(二)技术方案
本发明提出一种光纤端帽熔接系统，用于将光纤和端帽进行熔接，包括：激光产生装置，用于产生激光；环形光转换装置，用于将所述激光产生装置产生的激光转换为发散的环形光；聚焦装置，用于对所述环形光转换装置出射的发散的环形激光进行汇聚，使之聚焦在需要进行光纤端帽熔接的熔接面；光纤夹持装置，用于夹持所要进行熔接的光纤，使之光纤端帽对准；以及端帽夹持装置，用于夹持所要进行熔接的端帽。
根据本发明的一种实施方式，所述光纤夹持装置所夹持的光纤和所述聚焦装置中的至少一个光学元件位于熔接面的同一侧；在所述至少一个光学元件的中心开设供所述光纤通过的通孔，光纤以穿过该通孔的方式被夹持于所述光纤夹持装置上。
根据本发明的一种实施方式，所述环形光转换装置是环形楔形棱镜，该环形楔形棱镜呈现为圆柱体形，在圆柱体一个底面的中心位置向内部开设一个圆锥形凹槽，其入射光面为圆柱体的未开设圆锥形凹槽的底面，出射光面为开设有该圆锥形凹槽的底面一侧。
根据本发明的一种实施方式，还包括一个扩束装置，其设置于所述激光产生装置和环形光转换装置之间，用于将所述激光产生装置产生的激光进行扩束后入射到所述环形光转换装置。
根据本发明的一种实施方式，所述光纤夹持装置和所述端帽夹持装置中的至少一个可以受控地进行移动，以便在操作中进行相互对准。
根据本发明的一种实施方式，所述聚集装置包括第一聚焦镜、反射镜和第二聚焦镜，其中所述第一聚焦镜位于所述环形光转换装置产生的环形光的光路上，将所述环形光转换为平行光；所述反射镜位于所述第一聚焦镜产生的平行环形光的光路上，用将该平行环形光折返90°，且其中心具有一供所述光纤穿过的通孔；所述第二聚焦镜位于反射镜反射的平行环形光的光路上，将该平行环形光聚焦成位于所述熔接面的的环状光斑，其中心也具有一个供所述光纤穿过的通孔。
根据本发明的一种实施方式，所述光纤夹持装置位于所述反射镜的上方，用于安装所述光纤，使所述光纤的一端穿过所述反射镜的通孔及所述第二聚焦镜的通孔。
根据本发明的一种实施方式，所述端帽夹持装置位于所述熔接面的下方。
所述光纤夹持装置是电动平移台，所述端帽夹持装置是卡盘。
(三)有益效果
本发明的熔接系统可以实现将光纤两端头，即激光输入端和输出端熔接大直径尺寸端帽，这样在安装过程中可以夹持大直径光纤端帽代替夹持光纤，有利于夹持，并且大直径端帽端面代替光纤端面作为激光入射端面可以大大降低激光入射端面的功率密度，降低入射端面的损伤概率，在大直径端帽端面镀膜比在光纤端面镀膜更易于实现，可以增加激光的透射率，降低端面处的损耗，降低入射端面的损伤概率。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图对本发明作进一步阐述，其中：
图1为本发明的光纤端帽熔接系统的一个实施例的结构示意图；
图2为图1中环形楔形棱镜的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明的光纤端帽熔接系统包括激光产生装置、环形光转换装置、聚焦装置、光纤夹持装置和端帽夹持装置。
激光产生装置用于产生激光，所产生的激光波长为石英吸收波长。可以采用现有的CO2激光器1作为激光产生装置，因为CO2激光波长为10.6μm，石英对10.6μm激光有很高的吸收率。
环形光转换装置用于将激光产生装置产生的激光转换为发散的环形光5，所谓环形光5是指一大的圆形光斑将中间去除一小的圆形光斑。将激光转换为环形光5的作用是当进行端帽13熔接时可以避开光纤10端面后面光纤只对光纤10端面周边加热进行熔接。
根据本发明一种实施方式，使用环形楔形棱镜15作为环形光转换装置，环形楔形棱镜15呈现为圆柱体形，在圆柱体一个底面的中心位置向内部开设一个圆锥形凹槽。该环形楔形棱镜15的入射光面为圆柱体的未开设圆锥形凹槽的底面，出射光面为开设有该圆锥形凹槽的底面一侧。与普通楔形棱镜不同，该环形楔形棱镜15可使一垂直入射的平行光束4产生一圆周方向不同方向的偏折，从而形成一环形光斑5。
根据本发明的一种实施方式，在激光产生装置和环形光转换装置之间还设有一个扩束装置3，其用于将激光产生装置产生的激光2进行扩束后入射到环形光转换装置。由于不同激光器1发出的激光2光斑大小不同，而且有一定的发散角，因此，当需要特定光斑大小的平行光束4时，需要对激光产生装置产生的激光2进行扩束。
所述聚焦装置用于对环形光转换装置出射的发散的环形激光5进行汇聚，以使之聚焦在需要进行光纤端帽13熔接的熔接面。聚焦装置可以至少包括对光具有会聚作用的光学元件，例如透镜11。还可根据实际光路需要包括反射镜、半反射镜等。
所述光纤夹持装置用于夹持所要进行熔接的光纤，使之光纤端帽对准。
所述端帽夹持装置用于夹持所要进行熔接的端帽。
根据本发明的一种实施方式，光纤夹持装置和端帽夹持装置中的至少一个可以受控地进行移动，以便在操作中进行相互对准。
根据本发明的一种实施方式，光纤夹持装置所夹持的光纤和所述聚焦装置中的至少一个光学元件位于熔接面的同一侧，由此，在所述至少一个光学元件的中心开设供所述光纤通过的通孔，光纤以穿过该通孔的方式被夹持于所述光纤夹持装置上。由于聚焦装置所接收的激光是一个环形光，因此在聚集装置的各光学元件的中心不通过激光，因此，在聚集装置的光学元件的中心开设通孔不会对其光学性能造成影响，同时，激光也不会照射到穿越通孔的光纤上。
图1为本发明的光纤端帽熔接系统一个实施例的结构示意图。请参阅图1所示，该实施例的光纤端帽熔接系统包括CO2激光器1、扩束器3、环形楔形棱镜15、第一聚焦镜6、反射镜7、第二聚焦镜11、电动平移台8和三爪卡盘14。
CO2激光器产生激光。扩束器3位于CO2激光器1的出光光路上，用于将扩束前的CO2激光2的直径扩束成扩束后CO2激光4。
环形楔形棱镜15结构为一圆柱体，圆柱体的一个底面的中心开设有圆锥凹槽。图2为图1中环形楔形棱镜的结构示意图。环形楔形棱镜15位于扩束器3出光光路上，环形楔形棱镜15的圆锥凹槽的底面朝向扩束器3，环形楔形棱镜15用于将扩束后的CO2激光4转换成环形CO2激光5。
第一聚焦镜6位于环形楔形棱镜15产生的环形CO2激光5的光路上，用于将发散的环形CO2激光5转换成平行的CO2激光9。
反射镜7的中心具有一圆形通孔，位于第一聚焦镜6产生的平行环形CO2激光光路上，反射镜7将平行的CO2激光9折返90°。该反射镜7优选为45°反射镜。圆形通孔用于穿过光纤。
第二聚焦镜11的中心也具有一个供光纤穿过的圆形通孔，位于反射镜90°折返后的光路上，将折返90°后的平行环形CO2激光聚焦成位于所述熔接面的环状光斑。
电动平移台8位于反射镜7的上方，用于安装光纤10，使光纤10一端穿过反射镜7的中心圆形通孔及第二聚焦镜11中心圆形通孔，以至其端面位于聚焦环形CO2激光12焦点处。
三爪卡盘14位于聚焦环形CO2激光12的焦点处(即熔接面)下方，用于夹持与光纤熔接的端帽。该实施例中，端帽为石英端帽13，石英端帽13安装在三爪卡盘14上面，一端面位于聚焦环形CO2激光12焦点处，并且贴紧光纤10的端面。
通过该实施例的熔接系统，可以用聚焦环形CO2激光12将光纤10及端帽13熔接在一起，制作大功率传能光纤。
应当说明的同，上述实施例只是本发明的一种具体实施方式，本领域技术人员可以对其中的各个光学元件或装置进行增加、替换或减小，但应保证使环形激光光斑对光纤进行加热熔接。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光纤端帽熔接系统，用于将光纤和端帽进行熔接，其特征在于，包括：
激光产生装置，用于产生激光；
环形光转换装置，用于将所述激光产生装置产生的激光转换为发散的环形光，所述环形光转换装置是环形楔形棱镜，该环形楔形棱镜呈现为圆柱体形，在圆柱体一个底面的中心位置向内部开设一个圆锥形凹槽，其入射光面为圆柱体的未开设圆锥形凹槽的底面，出射光面为开设有该圆锥形凹槽的底面一侧；
聚焦装置，用于对所述环形光转换装置出射的发散的环形激光进行汇聚，使之聚焦在需要进行光纤端帽熔接的熔接面，所述聚焦装置包括第一聚焦镜、反射镜和第二聚焦镜，其中所述第一聚焦镜位于所述环形光转换装置产生的环形光的光路上，将所述环形光转换为平行光；所述反射镜位于所述第一聚焦镜产生的平行环形光的光路上，用将该平行环形光折返90°，且其中心具有一供所述光纤穿过的通孔；所述第二聚焦镜位于反射镜反射的平行环形光的光路上，将该平行环形光聚焦成位于所述熔接面的环状光斑，其中心也具有一个供所述光纤穿过的通孔；
光纤夹持装置，用于夹持所要进行熔接的光纤，使之光纤端帽对准；以及
端帽夹持装置，用于夹持所要进行熔接的端帽。
2.如权利要求1所述的光纤端帽熔接系统，其特征在于，所述光纤夹持装置所夹持的光纤和所述聚焦装置中的至少一个光学元件位于熔接面的同一侧；在所述至少一个光学元件的中心开设供所述光纤通过的通孔，光纤以穿过该通孔的方式被夹持于所述光纤夹持装置上。
3.如权利要求1所述的光纤端帽熔接系统，其特征在于，还包括一个扩束装置，其设置于所述激光产生装置和环形光转换装置之间，用于将所述激光产生装置产生的激光进行扩束后入射到所述环形光转换装置。
4.如权利要求1所述的光纤端帽熔接系统，其特征在于，所述光纤夹持装置和所述端帽夹持装置中的至少一个可以受控地进行移动，以便在操作中进行相互对准。
5.如权利要求1所述的光纤端帽熔接系统，其特征在于，所述光纤夹持装置位于所述反射镜的上方，用于安装所述光纤，使所述光纤的一端穿过所述反射镜的通孔及所述第二聚焦镜的通孔。
6.如权利要求5所述的光纤端帽熔接系统，其特征在于，所述端帽夹持装置位于所述熔接面的下方。
7.如权利要求5所述的光纤端帽熔接系统，其特征在于，所述光纤夹持装置是电动平移台，所述端帽夹持装置是卡盘。
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