CN105022120A - 光纤准直器及其制作方法 - Google Patents

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邓剑钦
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Abstract

本发明提供一种光纤准直器及其制作方法，光纤准直器制作方法包括：将光纤和无芯光纤的第一端熔接的步骤；将无芯光纤的第二端与自聚焦光纤熔接的步骤；将玻璃管套在光纤、无芯光纤和自聚焦光纤外的步骤；将玻璃管对光纤、无芯光纤和自聚焦光纤进行位置固定的步骤。以及利用该制作方法制作而成的光纤准直器。通过控制扩束作用的无芯光纤的长度和准直作用的自聚焦光纤的长度，使得可自由地控制准直输出光斑半径的大小及其他准直输出特性，最后形成全玻璃结构的一体式光纤准直器，在扩大了光束输出端的输出面积后，降低了输出端的功率密度，且通过工艺简单的光纤准直器制作方法能够降低成本、提高生产效率和批量化生产。

Description

光纤准直器及其制作方法
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种可耐受高功率且工艺简单的一体式光纤准直器及该光纤准直器的制作方法。
背景技术
随着光通信与光纤激光应用范围的扩展，对光功率的要求越来越高，尤其是在高功率激光器中，高功率的激光通过光纤准直器输出时，光纤准直器的输出端面纤芯的功率密度很高，很容易造成端面损伤，因此对光纤端面的平整度和清洁度有很高的要求，不仅增加光纤准直器的加工成本，且使光纤准直器对使用环境要求较高，同时光纤准直器得使用寿命也存在隐患。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种可耐受高功率且工艺简单的光纤准直器。
本发明的第二目的是提供一种可耐受高功率且工艺简单的光纤准直器制作方法。
为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种光纤准直器，包括光纤、无芯光纤、自聚焦光纤和玻璃管，光纤包括由外到内依次设置的包括光纤涂覆层、光纤包层和光纤纤芯，无芯光纤的第一端部与光纤的端部熔接，自聚焦光纤的端部与无芯光纤的第二端部熔接，玻璃管套在光纤、无芯光纤和自聚焦光纤外并对光纤、无芯光纤和自聚焦光纤进行位置固定。
由上述方案可见，通过将一段合适长度的无芯光纤熔接在光纤和一段合适长度的自聚焦光纤之间，使得光从光纤中传入无芯光纤中后，失去了光纤的波导约束作用，因而光束在一段无芯光纤中自然发散传输后使得光束直径变大，随后直径变大的光束到达自聚焦光纤处，最终自聚焦光纤将其准直后，输出光斑直径变大的准直光束，通过控制扩束作用的无芯光纤的长度和准直作用的自聚焦光纤的长度，使得可自由地控制准直输出光斑半径的大小及其他准直输出特性，最后形成全玻璃结构的一体式光纤准直器，在扩大了光束输出端的输出面积后，降低了输出端的功率密度，继而提高了光纤端面的功率耐受能力，且本光纤准直器还具备全玻璃结构、无胶化处理、工艺简单和可批量化生产的优点。
更进一步的方案是，无芯光纤与光纤包层、光纤纤芯熔接。
由上可见，为了使无芯光纤更好地接收由光纤输出的光束，以及为了更方便地对无芯光纤和光纤进行熔接，故将光纤的一段光纤涂覆层进行去除后，再将无芯光纤与光纤包层、光纤纤芯熔接，有效地降低光损耗，提高光效率。
更进一步的方案是，无芯光纤的长度小于光纤的长度。
更进一步的方案是，自聚焦光纤的长度小于光纤的长度。
由上可见，通过合适长度的设置，使光束进入无芯光纤后能够进行合适范围的扩束，以及在扩束后能够得到充分准直后输出。
更进一步的方案是，玻璃管的至少一部分包裹在光纤包层外。
更进一步的方案是，玻璃管通过热源或激光与光纤包层、无芯光纤和自聚焦光纤贴合。
由上可见，通过玻璃管对光纤包层、无芯光纤和自聚焦光纤的贴合固定，使得一体式的全玻璃光纤准直器能够稳定地进行工作，防止光纤、无芯光纤或自聚焦光纤的脱离。
为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种光纤准直器制作方法，包括：将光纤和无芯光纤的第一端熔接的步骤；将无芯光纤的第二端与自聚焦光纤熔接的步骤；将玻璃管套在光纤、无芯光纤和自聚焦光纤外的步骤；将玻璃管对光纤、无芯光纤和自聚焦光纤进行位置固定的步骤。
由上述方案可见，通过将一段合适长度的无芯光纤熔接在光纤和一段合适长度的自聚焦光纤之间，使得光从光纤中传入无芯光纤中后，失去了光纤的波导约束作用，因而光束在一段无芯光纤中自然发散传输后使得光束直径变大，随后直径变大的光束到达自聚焦光纤处，最终自聚焦光纤将其准直后，输出光斑直径变大的准直光束，通过控制扩束作用的无芯光纤的长度和准直作用的自聚焦光纤的长度，使得可自由地控制准直输出光斑半径的大小及其他准直输出特性，最后形成全玻璃结构的一体式光纤准直器，在扩大了光束输出端的输出面积后，降低了输出端的功率密度，且通过工艺简单的光纤准直器制作方法能够降低成本、提高生产效率和批量化生产。
更进一步的方案是，在将光纤和无芯光纤的第一端熔接的步骤之后，光纤准直器制作方法还包括切除多余部分的无芯光纤。
更进一步的方案是，在将无芯光纤的第二端与自聚焦光纤熔接的步骤之后，光纤准直器制作方法还包括切除多余部分的自聚焦光纤。
由上可见，首先将长度较长的无芯光纤或自聚焦光纤进行熔接，其由于长度较长较为方便地进行夹持控制和熔接，随后根据输出光斑半径的大小来对无芯光纤和自聚焦光纤的长度进行控制，对多余的无芯光纤和自聚焦光纤进行切除。
更进一步的方案是，在将光纤和无芯光纤的第一端熔接的步骤之前，光纤准直器制作方法还包括去除一段光纤的光纤涂覆层的步骤。
由上可见，为了使无芯光纤更好地接收由光纤输出的光束，以及为了更方便地对无芯光纤和光纤进行熔接，故将光纤的一段光纤涂覆层进行去除后，再将无芯光纤与光纤包层、光纤纤芯熔接，有效地降低光损耗，提高光效率。
附图说明
图1是本发明光纤准直器制作方法实施例的流程图。
图2是本发明光纤准直器制作方法实施例中第一步的结构示意图。
图3是本发明光纤准直器制作方法实施例中第二步的结构示意图。
图4是本发明光纤准直器制作方法实施例中第三步的结构示意图。
图5是本发明光纤准直器制作方法实施例中第四步的结构示意图。
图6是本发明光纤准直器制作方法实施例中第五步的结构示意图。
图7是本发明光纤准直器实施例的结构示意图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
光纤准直器制作方法实施例：
参照图1和图2，图1是光纤准直器制作方法的流程图，图2是光纤准直器制作方法第一步的结构示意图。执行光纤准直器制作方法时，首先执行步骤S11,为了使光纤1中的光纤包层12和光纤纤芯13能够更好更方便地与无芯光纤2熔接，故去除一段光纤的光纤涂覆层11，随后执行步骤S12，选取直径大小合适的无芯光纤2与去除光纤涂覆层的光纤1的端部熔接，即无芯光纤2的轴向上的第一端与光纤包层12、光纤纤芯13熔接。
参照图3并结合图1，随后执行步骤S13，根据输出光斑的大小，控制无芯光纤2的长度，确定所需要的无芯光纤2的长度后，切除多余的无芯光纤2，优选地，无芯光纤2的长度小于光纤1的长度。
参照图4并结合图1，然后执行步骤S14，选取半径大小与无芯光纤2相等的自聚焦光纤3，将自聚焦光纤3的端部与无芯光纤2的第二端熔接，参照图5，无芯光纤2与自聚焦光纤3熔接后，随后执行步骤S15, 根据光斑所需的准直输出特性，控制自聚焦光纤3的长度，确定所需要的自聚焦光纤3的长度后，切除多余的自聚焦光纤3，优选地，自聚焦光纤3的长度小于光纤1的长度，同时为了能够使输出光束具有更优秀的准直效果，自聚焦光纤的自聚焦特性需根据光束所需的准直输出特性选择。
参照图6并结合图1，随后执行步骤S16，将一具有通孔的玻璃管4套在光纤1、无芯光纤2和自聚焦光纤3外，并使玻璃管4的内壁分别与光纤涂覆层11、光纤包层12、无芯光纤2和自聚焦光纤3连接，最后通过传统热源或激光等加工方式与光纤包层12、无芯光纤2和自聚焦光纤3贴合固定，以此完成一体式光纤准直器的制作。
光纤准直器实施例：
参照图7，图7是光纤准直器实施例的结构图。依照上述光纤准直器制作方法制作而成的光纤准直器包括光纤1、无芯光纤2、自聚焦光纤3和玻璃管4，光纤1包括由外到内依次设置的包括光纤涂覆层11、光纤包层12和光纤纤芯13，无芯光纤2的第一端部与光纤包层12、光纤纤芯13的端部熔接，自聚焦光纤3的端部与无芯光纤2的第二端部熔接，玻璃管4设置有通孔，玻璃管4的至少一部分包裹在光纤包层12外，即玻璃管4套在光纤涂覆层11、光纤包层12、无芯光纤2和自聚焦光纤3外并对其进行位置固定，位置固定的方式可通过热源或激光等方式进行贴合固定，优选地，无芯光纤的长度小于光纤的长度，自聚焦光纤的长度小于光纤的长度，自聚焦光纤的长度取决于光束要求的准直输出特性。
当光束从光纤纤芯13输出至无芯光纤2时，光束在无芯光纤2中失去了光纤的波导约束作用，因而光束在一段无芯光纤2中自然发散传输后使得光束直径变大，随后直径变大的光束到达自聚焦光纤3处，经过自聚焦光纤3将扩束后的光束准直处理，最后输出光斑直径变大的准直光束，从而有效地降低功率密度，使得光纤准直器具备耐高功率的特点。
由上可见，通过将一段合适长度的无芯光纤熔接在光纤和一段合适长度的自聚焦光纤之间，使得光从光纤中传入无芯光纤中后，失去了光纤的波导约束作用，因而光束在一段无芯光纤中自然发散传输后使得光束直径变大，随后直径变大的光束到达自聚焦光纤处，最终自聚焦光纤将其准直后，输出光斑直径变大的准直光束，通过控制扩束作用的无芯光纤的长度和准直作用的自聚焦光纤的长度，使得可自由地控制准直输出光斑半径的大小及其他准直输出特性，最后形成全玻璃结构的一体式光纤准直器，在扩大了光束输出端的输出面积后，降低了输出端的功率密度，且通过工艺简单的光纤准直器制作方法能够降低成本、提高生产效率和批量化生产。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，在实际应用时可具备更多变化，如在熔接无芯光纤时，可直接选取一段长度合适的无芯光纤，故在光纤与长度合适的无芯光纤熔接后，则不再需要对无芯光纤进行切除，又例如在熔接自聚焦光纤时，可直接选取一段长度合适的自聚焦光纤，故在无芯光纤与长度合适的自聚焦光纤熔接后，则不再需要对自聚焦光纤进行切除，再例如除了通过热源或激光的加工方式将玻璃管与光纤、无芯光纤、自聚焦光纤贴合外，还可以采用熔化的方式将玻璃管与光纤、无芯光纤、自聚焦光纤融为一体，继而形成一体的光纤准直器，再例如无芯光纤的直径可以大于光纤本身的直径，从而获得更大尺寸的输出光斑，再例如自聚焦光纤的处理可先粗略的切除多余的长度，待玻璃管贴合完毕后，将玻璃管和自聚焦光纤一起研磨抛光同时精确控制自聚焦光纤长度并获得良好的输出端面。又或者将经切除后的自聚焦光纤的长度大于经切除后的无芯光纤的长度地设置，继而进一步优化准直输出特性。上述这些改变均能够实现本发明的目的。

Claims (10)

1.光纤准直器，包括
光纤，所述光纤包括由外到内依次设置的包括光纤涂覆层、光纤包层和光纤纤芯；
其特征在于：
无芯光纤，所述无芯光纤的第一端部与所述光纤的端部熔接；
自聚焦光纤，所述自聚焦光纤的端部与所述无芯光纤的第二端部熔接；
玻璃管，所述玻璃管套在所述光纤、所述无芯光纤和所述自聚焦光纤外并对所述光纤、所述无芯光纤和所述自聚焦光纤进行位置固定。
2.根据权利要求1所述的光纤准直器，其特征在于：
所述无芯光纤与所述光纤包层、所述光纤纤芯熔接。
3.根据权利要求2所述的光纤准直器，其特征在于：
所述无芯光纤的长度小于所述光纤的长度。
4.根据权利要求2所述的光纤准直器，其特征在于：
所述自聚焦光纤的长度小于所述光纤的长度。
5.根据权利要求1至4任一项所述的光纤准直器，其特征在于：
所述玻璃管的至少一部分包裹在所述光纤包层外。
6.根据权利要求5所述的光纤准直器，其特征在于：
所述玻璃管通过热源或激光与所述光纤包层、所述无芯光纤和所述自聚焦光纤贴合。
7.光纤准直器制作方法，其特征在于，包括：
将光纤和无芯光纤的第一端熔接的步骤；
将所述无芯光纤的第二端与自聚焦光纤熔接的步骤；
将玻璃管套在所述光纤、所述无芯光纤和所述自聚焦光纤外的步骤；
将玻璃管对所述光纤、所述无芯光纤和所述自聚焦光纤进行位置固定的步骤。
8.根据权利要求7所述的光纤准直器制作方法，其特征在于：
在将所述光纤和所述无芯光纤的第一端熔接的步骤之后，所述光纤准直器制作方法还包括切除多余部分的无芯光纤。
9.根据权利要求8所述的光纤准直器制作方法，其特征在于：
在将所述无芯光纤的第二端与所述自聚焦光纤熔接的步骤之后，所述光纤准直器制作方法还包括切除多余部分的自聚焦光纤。
10.根据权利要求7至 9任一项所述的光纤准直器制作方法，其特征在于：
在将所述光纤和所述无芯光纤的第一端熔接的步骤之前，所述光纤准直器制作方法还包括去除一段所述光纤的光纤涂覆层的步骤。
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