CN106054324B - 一种激光光纤连接器及其插芯结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种激光光纤连接器及其插芯结构，可极大地减轻热积累，提高光纤耦合的有效性。该激光光纤连接器的插芯入口为漏斗型式，即插芯入口端面设置锥形孔与内部的轴心通道连通；轴心通道靠近锥形孔的部分与待安装定位的激光光纤满足紧配合。锥形孔的内侧表面最好满足漫反射条件。这样，激光散斑打在锥形孔内侧表面，通过反射作用使得能量呈指数下降(最好产生完全的漫反射，避免光汇聚)，极大地减轻热积累。尤其是安装高功率激光光纤时，光纤前端面接近锥形孔大端面或与锥形孔大端面平齐，避免了热积累对光纤端面的烧蚀，提高光纤耦合的有效性。

Description

一种激光光纤连接器及其插芯结构
技术领域：
本发明涉及一种光纤连接器及其插芯结构。
背景技术：
常见的光纤连接器主要采用直接穿入、三抓卡式穿入等方式，将光纤插入到不锈钢或陶瓷材料制成的插芯中(即光纤位于插芯的轴心通道)，并采用环氧胶粘接方式加工制作光纤连接器。
这些常用方案最大不足在于：高功率激光耦合输出时，连接器对于未进入光纤的激光散斑产生的累计热量无法进行有效疏散，一方面会导致连接器因高温而烧毁，另一方面还会导致粘结胶熔融。
插芯是光纤连接器的核心部件。现有技术的插芯结构，插芯入口为台阶孔型式，即插芯入口端面设置的柱孔直径大于轴心通道的直径。这种方案有两个主要缺点：第一，由于利用柱孔部分吸收散热，需要设计的柱孔在同轴方向上较长(轴向长度约1-1.5mm)，导致光纤固定效果不好，容易偏斜；第二，只能适当减轻热积累，当功率较大时，仍存在烧毁连接器的风险。因此，常规的光纤连接器难以满足高功率激光耦合的需求。
发明内容：
本发明提出一种能够适用于高功率激光耦合需求的光纤连接方案，可极大地减轻热积累，提高光纤耦合的有效性。
本发明首先对插芯结构进行了改进，方案如下：
插芯入口为漏斗型式，即插芯入口端面设置锥形孔与内部的轴心通道连通；轴心通道靠近锥形孔的部分与待安装定位的激光光纤满足紧配合。
在以上方案的基础上，特作如下优化：
锥形孔的内侧表面最好满足漫反射条件。
插芯优选铜合金材质。
插芯出口端面设置有凹槽，该插芯还配置有用于与所述凹槽的内表面紧配合的晶体类材料的机械定位件；所述机械定位件中心贯通，并与插芯内部的轴心通道同轴连通。
其中：机械定位件可完全填入凹槽内。凹槽与机械定位件之间灌封无应力粘接剂。机械定位件最好为通光材质。
本发明还对插芯的使用方式作了一定考虑，即激光光纤与上述插芯的配合安装结构是：激光光纤的前端面从轴心通道露出，接近锥形孔大端面或与锥形孔大端面平齐。
本发明还对光纤连接器的整体结构做了重要优化：在该插芯的出口端还通过套管固定连接有一尾管；所述尾管中心贯通，并与插芯内部的轴心通道以及套管同轴，用于穿接所述激光光纤；尾管的侧壁上设置有注胶孔，激光光纤与尾管中心内壁之间采用无应力粘接剂灌封。
其中，插芯外壁可与相应的套管内壁的一端紧配合，在所述套管内壁的一端和插芯露出套管的部分可共同套接一螺母实现插芯本身的可靠固定；尾管的外壁可与相应的套管内壁的另一端螺纹连接。
本发明具有以下优点：
1、在插芯入口端面设置锥形孔与内部的轴心通道连通，激光散斑打在锥形孔内侧表面，通过反射作用使得能量呈指数下降(最好产生完全的漫反射，避免光汇聚)，极大地减轻热积累。尤其是安装高功率激光光纤时，光纤前端面接近锥形孔大端面或与锥形孔大端面平齐，避免了热积累对光纤端面的烧蚀，提高光纤耦合的有效性。
2、采用铜合金插芯，散热和加工比不锈钢及陶瓷都好。
3、在插芯的后部设置紧配合的机械定位件，机械定位件与光纤都属于晶体类材料，且石英片或蓝宝石的加工精度高，对光纤的定位准确，在进行机械定位时更容易与光纤匹配，对光纤的机械损伤小；通过漏斗结构与机械定位件(石英片或蓝宝石)的结合，使得光纤很好地固定在锥形孔内，因此，在锥形孔内不再需要涂覆粘合胶，这样既降低了成本，又能在高功率激光耦合输出时，有效地避免热积累。另外，石英片或蓝宝石为通光零件，万一存在少量漏光，自身也不会因吸收激光而积热。
4、光纤在近耦合点处无粘接剂存在，大大降低了激光热积累的风险，提高了产品的可靠性。
5、无应力粘接剂对于粘接固定后光纤稳定性的提高有很大的促进作用。
6、增加一个尾管，使得对光纤的紧固作用分为隔离的两段，因此光纤的紧定效果明显优于传统结构。例如，当整体结构在设计上比传统的尺寸至少长三分之一(尾管部位)时，光纤在传输器件动态变化时的功率浮动不超过5％(传统尺寸的光纤在传输器件动态变化时的功率浮动大于10％)。
附图说明：
图1为传统的插芯结构示意图。
图2为本发明的插芯结构示意图。
图3为本发明插芯中的机械定位件的结构示意图。
图4为本发明的尾管结构示意图。
图5为本发明的高功率激光光纤连接器的整体结构示意图。
图6为图5穿接光纤后的示意图。
附图标号说明：
1-插芯；101-锥形孔；102-插芯内部的轴心通道；103-机械定位件；2-套管；3-尾管；301-注胶孔；4-螺母。
具体实施方式：
本实施例将漏斗结构与机械定位件结合起来对光纤进行固定，不再需要通过在传统柱形孔内涂覆粘合胶的方式来固定光纤，从根本上解决了热积累的难题；增加尾管结构，并利用无应力粘接剂在尾管部位固定光纤，以保证耦合的稳定性。
一、在插芯入口端面处设计漏斗结构：
漏斗的夹角可以根据实际需求，制造成任意角度，轴向长度约为传统长度的一半就可达到要求。漏斗结构的轴向长度适中，使得该结构内的光纤不易偏斜，同轴度较好。
激光入射到锥形孔内侧表面，产生漫反射(避免光汇聚)，使得能量呈指数下降，极大地减轻热积累。安装高功率激光光纤时，光纤前端面接近锥形孔大端面或与锥形孔大端面平齐，避免了热积累对光纤端面的烧蚀，提高光纤耦合的有效性。
二、中心贯通的石英片或蓝宝石作为机械定位件对光纤定位：
石英片或蓝宝石均为通光类零件，不会因吸收激光而积热；
两者与光纤都属于晶体类材料，在进行机械定位时更容易与光纤匹配，且对光纤的机械损伤小；可进一步通过灌封无应力粘接剂使光纤固定更为牢靠。
通过漏斗结构与石英片(或蓝宝石)的结合，使得光纤很好的固定在锥形孔内。因此，在锥形孔内不再需要涂覆粘合胶，这样既降低了成本，又能在高功率激光耦合输出时，有效地避免热积累。
三、增加尾管结构，并使用无应力粘接剂在尾管部分对光纤进行固定；
在尾管部位，通过灌封无应力粘结剂来对光纤进行进一步固定，并且将尾管部分的长度做长一些(例如：尾管部分的长度使得光纤连接器的总长度增加三分之一以上)，这使得光纤在连接器内固定的更加牢固，极大的提高了光纤的可靠性。

Claims (9)

1.一种高功率激光光纤插芯，其特征在于：插芯入口为漏斗型式，即插芯入口端面设置锥形孔与内部的轴心通道连通；轴心通道靠近锥形孔的部分与待安装定位的激光光纤满足紧配合；锥形孔的内侧表面满足漫反射条件。
2.根据权利要求1所述的高功率激光光纤插芯，其特征在于：所述插芯为铜合金材质。
3.根据权利要求1或2所述的高功率激光光纤插芯，其特征在于：插芯出口端面设置有凹槽，该插芯还配置有用于与所述凹槽的内表面紧配合的晶体类材料的机械定位件；所述机械定位件中心贯通，并与插芯内部的轴心通道同轴连通。
4.根据权利要求3所述的高功率激光光纤插芯，其特征在于：机械定位件完全填入所述凹槽内。
5.根据权利要求3所述的高功率激光光纤插芯，其特征在于：凹槽与机械定位件之间灌封无应力粘接剂。
6.根据权利要求3所述的高功率激光光纤插芯，其特征在于：所述机械定位件为通光材质。
7.激光光纤与权利要求1所述高功率激光光纤插芯的配合安装结构，其特征在于：所述激光光纤的前端面从轴心通道露出，接近锥形孔大端面或与锥形孔大端面平齐。
8.一种激光光纤连接器，其特征在于：包括权利要求1至6任一所述的高功率激光光纤插芯，在该插芯的出口端还通过套管固定连接有一尾管；所述尾管中心贯通，并与插芯内部的轴心通道以及套管同轴，用于穿接所述激光光纤；尾管的侧壁上设置有注胶孔，激光光纤与尾管中心内壁之间采用无应力粘接剂灌封。
9.根据权利要求8所述的激光光纤连接器，其特征在于：插芯外壁与相应的套管内壁的一端紧配合，在所述套管内壁的一端和插芯露出套管的部分共同套接一螺母实现插芯本身的可靠固定；尾管的外壁与相应的套管内壁的另一端螺纹连接。
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