CN105334578A - 一种光纤隔离器结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，公开了一种光纤隔离器结构及其制作方法，该结构包括毛细管和套于毛细管内的光纤，所述毛细管端面为内凹的圆锥结构；所述光纤输出端熔接一光纤端头，所述光纤端头直径大于光纤直径；光纤端头和光纤与毛细管之间填满SiO2气溶胶固定。将毛细管套于光纤上，并通过SiO2气溶胶与光纤端头固化在一起，在光纤、光纤端头与毛细管之间填充SiO2气溶胶固化，由于SiO2气溶胶固化后折射率与光纤包层折射率很接近，使得非纤芯光较易离开光纤，并最终被毛细管或玻璃套管的圆锥结构反射而隔离，使得返回激光器内的非纤芯光几乎为零，达到更好的隔离效果。

Description

一种光纤隔离器结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种用于激光传输中的光纤隔离器结构及其制作方法。

背景技术

在高功率激光器尤其是光纤激光器领域，在激光加工、激光切割和激光焊接时，处理那些具有高反射率的材料时，例如铜，有时甚至会有高达90%的光被返回，返回光很有可能会损伤传输光纤，甚至是激光器，因而在光纤激光器的输出端加入隔离器进行保护就显得十分必要。现有的隔离器结构复杂，成本较高。

美国专利局于2009年7月9日公开的专利申请《FibreLaserSystem》（光纤激光器系统，公开号：US2009/0175301A1），如图1所示，提出在高功率光纤激光器输出光纤10尾端熔接一个喇叭状光纤头20，并将喇叭状光纤头20固定于一毛细管30内，该毛细管30的一端切割成具有约49°倾斜角的斜面31，该斜面31可以尽可能地减小背反射，对返回光起到了光纤隔离器的作用。在光纤10尾端熔接的喇叭状光纤头20的直径大约为2000μm，远大于一般单模光纤的直径，使得激光在输出至空气中时端面面积大大增加，能量密度大为减小，一方面使得输出端面不至于因为灰尘等污染而造成光纤端面损伤，另一方面使得在输出端面镀增透膜较为容易。

但是上述专利公开的结构中，毛细管30内径一般与喇叭状光纤头20最大直径相当，以致单模光纤与毛细管30之间存在较大空气间隙32。但是，返回光只有进入毛细管30的部分会被毛细管30尾端的斜面31反射而隔离，而进入喇叭状光纤头20的返回光除了极少的一部分沿单模光纤纤芯回传外，其余进入喇叭状光纤头20的返回光将可能沿单模光纤的包层（非纤芯部分）回传。该结构中，单模光纤与毛细管30之间存在的较大空气间隙31，使得这部分非纤芯光极有可能回传至激光器，从而影响系统稳定性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种光纤隔离器结构及其制作方法，可以隔离掉大部分的返回光，以及沿光纤非纤芯部分回传的非纤芯光，使得非纤芯光几乎为零，避免传输光纤或激光器被损伤，而且结构简单，成本低。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：一种光纤隔离器结构，包括毛细管和套于毛细管内的光纤，所述毛细管端面为内凹的圆锥结构；所述光纤输出端熔接一光纤端头，所述光纤端头直径大于光纤直径；光纤端头和光纤与毛细管之间填满SiO2气溶胶固定。

进一步的，所述光纤端头与光纤熔接端为喇叭状尾椎结构。

或者，所述光纤端头为一节无芯光纤，其直径大小与毛细管外径相等。

进一步的，所述毛细管端面圆锥结构的倒角为45°。

进一步的，还包括一玻璃套管，所述玻璃套管一端为与所述毛细管端面相同的内凹的圆锥结构；所述光纤端头、光纤和毛细管设于该玻璃套管内，并通过SiO2气溶胶固定。

上述光纤隔离器的制作方法，包括如下步骤：a）截取一段毛细管，将毛细管一端或两端的端面制作成内凹的圆锥结构；b）将熔接有光纤端头的光纤插入所述毛细管内，光纤端头与毛细管端面之间留有间隔；c）在光纤端头与毛细管端面、光纤与毛细管之间填充SiO2气溶胶，并固化；步骤b）中所述光纤端头与光纤熔接端为喇叭状尾椎结构。

进一步的，还包括步骤d）准备一玻璃套管，该玻璃套管一端为与所述毛细管端面相同的内凹的圆锥结构；在玻璃套管内表面涂上SiO2气溶胶，将所述固化在一起的毛细管、光纤端头和光纤套进玻璃套管内，并通过涂于玻璃套管内表面的SiO2固化在一起。

或者，所述光纤隔离器的制作方法，包括如下步骤：a）截取一段毛细管，将毛细管一端的端面制作成内凹的圆锥结构，将光纤插入毛细管内，并穿过毛细管，通过SiO2气溶胶将光纤与毛细管固化在一起；b）切割毛细管不具有圆锥结构的另一端面，使光纤端面与毛细管该端面平齐；c）在所述毛细管平齐的端面熔接一节无芯光纤；所述无芯光纤直径大小与毛细管外径相等。

进一步的，还包括步骤d）准备一玻璃套管，该玻璃套管一端为与所述毛细管端面相同的内凹的圆锥结构；在玻璃套管内表面涂上SiO2气溶胶，将所述固化在一起的毛细管、无芯光纤和光纤套进玻璃套管内，并通过涂于玻璃套管内表面的SiO2固化在一起。

进一步的，上述各制作方法中，所述毛细管端面的圆锥结构倒角优选45°。

本发明的有益效果为：将毛细管套于光纤上，并通过SiO2气溶胶与光纤端头固化在一起，在光纤、光纤端头与毛细管之间填充SiO2气溶胶固化，由于SiO2气溶胶固化后折射率与光纤包层折射率很接近，使得非纤芯光较易离开光纤，并最终被毛细管或玻璃套管的圆锥结构反射而隔离；而且通过将光纤与毛细管固化，使得毛细管与光纤接触的长度可以大大延长，使得非纤芯光有足够的距离可以离开光纤包层，并通过SiO2气溶胶层进入毛细管，从而将非纤芯光隔离，使得返回激光器内的非纤芯光几乎为零，达到更好的隔离效果。

附图说明

图1为现有技术的光纤隔离器结构示意图；

图2本发明光纤隔离器实施例一结构示意图；

图3为本发明光纤隔离器实施例二结构示意图；

图4为本发明实施例一光纤隔离器结构的制作过程示意图；

图5为本发明实施例二光纤隔离器结构的制作过程示意图。

附图标示：10、光纤；20、喇叭状光纤头；30、毛细管；31、斜面；32、空气间隙；33、圆锥结构；40、光纤端头；50、SiO2气溶胶；60、玻璃套管；70、无芯光纤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明的光纤隔离器结构将毛细管套于光纤上，并通过SiO2气溶胶与光纤端头固化在一起，在光纤、光纤端头与毛细管之间填充SiO2气溶胶固化，由于SiO2气溶胶固化后折射率与光纤包层折射率很接近，使得非纤芯光较易离开光纤，并最终被毛细管或玻璃套管的圆锥结构反射而隔离；而且通过将光纤与毛细管固化，使得毛细管与光纤接触的长度可以大大延长，使得非纤芯光有足够的距离可以离开光纤包层，并通过SiO2气溶胶层进入毛细管，从而将非纤芯光隔离，使得返回激光器内的非纤芯光几乎为零，达到更好的隔离效果。具体的，该光纤隔离器结构，包括毛细管和套于毛细管内的光纤。其中，毛细管端面为内凹的圆锥结构，光纤输出端熔接一光纤端头，该光纤端头直径大于光纤直径，与毛细管直径相当；光纤端头和光纤与毛细管之间填满SiO2气溶胶固定。

如图2所示的实施例一，该实施例中采用的光纤端头40为喇叭状光纤头，其一端为喇叭状尾椎结构，毛细管30的两端面均设为内凹的圆锥结构33。该喇叭状尾椎结构的末端与光纤10熔接在一起，光纤10穿过毛细管30，该喇叭状光纤头与毛细管30端面之间具有一定间隔，在喇叭状光纤头与毛细管30之间的该间隔、光纤10与毛细管30之间的间隙内均填充有SiO2气溶胶50，通过该SiO2气溶胶50固定在一起，构成一个光纤隔离器。该实施例中，还设有一玻璃套管60，该玻璃套管60的一端具有与毛细管30端面相同的内凹的圆锥结构；上述固定在一起的喇叭状光纤头、光纤10和毛细管30设于该玻璃套管60内，并通过SiO2气溶胶50与玻璃套管60固定。其中，毛细管30端面的圆锥结构33的倒角α可在40°-50°之间，以45°为优选。

返回光，如图2中虚线所示，一部分入射到玻璃套管60内，经玻璃套管60末端的圆锥结构反射隔离，另一部分进入喇叭状光纤头内。进入喇叭状光纤头内的返回光，大部分经SiO2气溶胶50进入到毛细管30内，并被毛细管30端面的圆锥结构33反射隔离，一小部分进入光纤10包层内，由于SiO2气溶胶50固化后的折射率一光纤10包层折射率很接近，使得光纤10包层内的非纤芯光较易离开光纤10进入毛细管30内，并最终被毛细管30或玻璃套管60的圆锥结构33反射而隔离；仅有极少的返回光可能沿光纤10纤芯返回，这部分返回光比例极少，可以忽略。而且通过将光纤10与毛细管30固化，使得毛细管30与光纤10接触的长度可以大大延长，使得非纤芯光有足够的距离可以离开光纤包层，并通过SiO2气溶胶50层进入毛细管30，从而将非纤芯光隔离，使得返回激光器内的非纤芯光几乎为零，达到更好的隔离效果。

如图3所示的实施例二，与实施例一不同的是，该实施例中光纤端头40采用的是一节无芯光纤70，其外径与毛细管30外径相当。毛细管30一端为平面，另一端为内凹的圆锥结构33。光纤10穿过毛细管30，其端面与毛细管30平面端面平齐，并通过SiO2气溶胶50与毛细管30固化在一起，上述无芯光纤70与毛细管30平面的一端熔接连接。与实施例一样，还可在无芯光纤70、毛细管30外面套设相同的玻璃套管60，内凹的圆锥结构33的倒角也优选45°。

同样，返回光（如图3中虚线所示）一部分入射到玻璃套管60内，经玻璃套管60末端的圆锥结构反射隔离，另一部分进入无芯光纤70。进入无芯光纤70内的返回光，大部分直接进入到毛细管30内，并被毛细管30端面的圆锥结构33反射隔离，一小部分进入光纤包层内，由于光纤10与毛细管30之间的SiO2气溶胶50固化后的折射率一光纤包层折射率很接近，使得光纤包层内的非纤芯光较易离开光纤10进入毛细管30内，并最终被毛细管30或玻璃套管60的圆锥结构33反射而隔离；仅有极少的返回光可能沿光纤10纤芯返回，这部分返回光比例极少，可以忽略。该实施例的结构同样使得返回激光器内的非纤芯光几乎为零，达到更好的隔离效果。

本发明还提供了上述光纤隔离器的制作方法，如图4所示为实施例一结构的制作过程示意图，包括如下步骤：a）截取一段适合长度的毛细管30，将毛细管30两端的端面制作成倒角为45°的内凹的圆锥结构33；b）将熔接有喇叭状光纤头的光纤10插入该毛细管30内，喇叭状光纤头与毛细管30端面之间留有一定间隔；c）在喇叭状光纤头与毛细管30端面、光纤10与毛细管30之间填充SiO2气溶胶50，并固化；d）准备一玻璃套管60，该玻璃套管60一端具有与上述毛细管30端面相同的内凹的圆锥结构33；在玻璃套管60内表面涂上SiO2气溶胶50，将上述固化在一起的毛细管30、喇叭状光纤头和光纤10套进玻璃套管60内，并通过涂于玻璃套管60内表面的SiO2固化在一起，完成制作。其中，喇叭状光纤头与光纤10熔接的一端为喇叭状尾椎结构。

如图5所示为实施例二结构的制作过程示意图，包括如下步骤：a）截取一段合适长度的毛细管30，将毛细管30一端的端面制作成倒角为45°的内凹的圆锥结构33，将光纤10插入毛细管30内，并穿过毛细管30，在毛细管30不具有圆锥结构的另一端面露出一小部分光纤10，通过SiO2气溶胶50将光纤10与毛细管30固化在一起；b）利用切割刀等切割毛细管30不具有圆锥结构的另一端面，使光纤10端面与毛细管30该端面平齐；c）在上述毛细管30平齐的端面熔接一节无芯光纤70；该无芯光纤70直径大小与毛细管30外径相等；d）准备一玻璃套管60，该玻璃套管60一端具有与上述毛细管30端面相同的内凹的圆锥结构；在玻璃套管60内表面涂上SiO2气溶胶50，将上述固化在一起的毛细管30、无芯光纤70和光纤10套进玻璃套管60内，并通过涂于玻璃套管60内表面的SiO2固化在一起，完成制作。还可将无芯光纤70与玻璃套管60端面进行抛光，使得无芯光纤10与玻璃套管60端面平齐。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤隔离器结构,包括毛细管和套于毛细管内的光纤，其特征在于：所述毛细管端面为内凹的圆锥结构；所述光纤输出端熔接一光纤端头，所述光纤端头直径大于光纤直径；光纤端头和光纤与毛细管之间填满SiO2气溶胶固定。

2.如权利要求1所述光纤隔离器结构，其特征在于：所述光纤端头与光纤熔接端为喇叭状尾椎结构。

3.如权利要求1所述光纤隔离器结构，其特征在于：所述光纤端头为一节无芯光纤，其直径大小与毛细管外径相等。

4.如权利要求1所述光纤隔离器结构，其特征在于：所述毛细管端面圆锥结构的倒角为45°。

5.如权利要求1-4任一项所述光纤隔离器结构，其特征在于：还包括一玻璃套管，所述玻璃套管一端为与所述毛细管端面相同的内凹的圆锥结构；所述光纤端头、光纤和毛细管设于该玻璃套管内，并通过SiO2气溶胶固定。

6.一种光纤隔离器制作方法，其特征在于，包括如下步骤：a）截取一段毛细管，将毛细管一端或两端的端面制作成内凹的圆锥结构；b）将熔接有光纤端头的光纤插入所述毛细管内，光纤端头与毛细管端面之间留有间隔；c）在光纤端头与毛细管端面、光纤与毛细管之间填充SiO2气溶胶，并固化；步骤b）中所述光纤端头与光纤熔接端为喇叭状尾椎结构。

7.如权利要求6所述光纤隔离器制作方法，其特征在于：所述毛细管端面的圆锥结构倒角为45°。

8.如权利要求6或7所述光纤隔离器制作方法，其特征在于：还包括步骤d）准备一玻璃套管，该玻璃套管一端为与所述毛细管端面相同的内凹的圆锥结构；在玻璃套管内表面涂上SiO2气溶胶，将所述固化在一起的毛细管、光纤端头和光纤套进玻璃套管内，并通过涂于玻璃套管内表面的SiO2固化在一起。

9.一种光纤隔离器制作方法，其特征在于，包括如下步骤：a）截取一段毛细管，将毛细管一端的端面制作成内凹的圆锥结构，将光纤插入毛细管内，并穿过毛细管，通过SiO2气溶胶将光纤与毛细管固化在一起；b）切割毛细管不具有圆锥结构的另一端面，使光纤端面与毛细管该端面平齐；c）在所述毛细管平齐的端面熔接一节无芯光纤；所述无芯光纤直径大小与毛细管外径相等。

10.如权利要求9所述光纤隔离器制作方法，其特征在于：还包括步骤d）准备一玻璃套管，该玻璃套管一端为与所述毛细管端面相同的内凹的圆锥结构；在玻璃套管内表面涂上SiO2气溶胶，将所述固化在一起的毛细管、无芯光纤和光纤套进玻璃套管内，并通过涂于玻璃套管内表面的SiO2固化在一起；所述毛细管端面的圆锥结构倒角为45°。