CN106159653A - 一种多路大功率光纤激光合成输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多路大功率光纤激光合成输出装置，包括熔点冷却器、合成发射器和连接组件三部分。待合成的多个激光源的输出激光通过熔点冷却器中的光源端光纤传输到合成端光纤，然后由合成发射器将多根合成端光纤合为一根，通过输出端帽发射大功率合成激光从而将多个激光源产生的大功率光纤激光合成为一束输出。

Description

一种多路大功率光纤激光合成输出装置

技术领域

本发明涉及大功率激光发射领域，一种多路大功率光纤激光合成输出装置。

背景技术

大功率光纤激光器具有功率密度高、光束质量好、结构紧凑等优点，在工业、国防及现代高新技术等众多领域有极为重要的应用。近年来随着光纤激光技术的发展，光纤激光器功率水平不断提升。但是，由于受到光纤非线性效应等因素的制约，单路光纤激光输出功率受到限制，无法满足高端工业制造及国防领域日益增长的对高能激光的需求。因此，需要采用合成的方式，将多个光纤激光器产生的激光束合为一束，从而获得满足应用要求的高能激光。

目前的大功率光纤激光合成多采用空间光学元件合成的方式，各路激光从光纤中输出，分别通过与之相对应的透镜类光学元件进行准直，然后将所有准直元件按照一定方式组合在一起形成阵列，以获得阵列输出的大功率合成激光。这种合成方式包含多个承载大功率激光的光学元件，各光学元件需要进行精密定位，装配难度大；同时为保证各路输出光纤和相应光学元件准确配合，每路光纤都需要配备高精度多维可调的夹持固定装置，使得整个激光合成装置结构复杂，成本高。另外，随着参与合成的激光路数增多，需相应增加光学元件数目，导致激光合成装置的体积增大，复杂程度增加。以上这些因素，都给大功率合成激光的应用带来了困难。

因此，非常有必要提出一种结构紧凑、便于装配的多路大功率光纤激光合成输出装置，才能满足工业及国防等高能激光领域的应用需求。

发明内容

针对目前光合成装置结构复杂，成本高，随着参与合成的激光路数增多，需相应增加光学元件数目，导致激光合成装置的体积增大，复杂程度增加的一系列问题，本发明提供一种多路大功率光纤激光合成输出装置，可将多个激光源产生的大功率光纤激光合成为一束输出。

一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，包括熔点冷却器、合成发射器和连接组件，多个激光源与熔点冷却器之间通过连接组件连接；

所述熔点冷却器包括冷却基板、冷却槽、光源端光纤、合成端光纤和两个光纤池，冷却槽和光纤池位于冷却基板上，两个光纤池分贝分别排布光源端光纤和合成端光纤，光源端光纤与合成端光纤一一对应熔接在一起形成激光通路，合成端光纤通过连接组件与合成发射器连接；

所述合成发射器包括光纤合成器、输出端帽和冷却外壳，输出端帽与光纤合成器的单光纤端熔接；

光源端光纤将多个激光源的输出激光传输到合成端光纤；光纤合成器将多根合成端光纤通过拉锥的方式合成为一根，通过输出端帽输出大功率合成激光。

所述连接组件包括连接器和光纤护套，连接器用于光纤护套与激光源、熔点冷却器、合成发射器之间的紧固连接。

所述连接器采用圆形或矩形法兰。

所述多个激光源与熔点冷却器之间的冷却组件的光纤护套采用单纤护套，所述熔点冷却器与光纤合成器之间的连接组件的光纤护套采用多纤护套，光纤护套直径根据内部光纤直径以及应用场合的盘绕半径确定。

所述冷却基板采用高导热系数的材料，所述高导热系数材料为铝或铜，所采用制冷方式为内部冷却液循环制冷或者电制冷。

所述冷却槽是在冷却基板上开出的直沟槽，槽长约10-15cm，所述冷却槽横截面根据光纤尺寸、激光功率情况选择U型、半圆型或矩形截面。

所述光纤池位于冷却基板上，内部尺寸应大于光纤最小盘绕直径，光纤池中的光纤通过压片或贴片等方式盘绕固定，防止光纤松动。

所述光纤合成器为多芯光锥结构，锥区长度和拉锥比例根据光纤尺寸以及输出激光需求特性确定。

所述输出端帽采用光学石英材料，形状为圆柱形，其发射端面与圆柱中心轴成6－8度倾斜角。

所述冷却外壳采用制冷剂循环冷却。

本发明提供的一种多路大功率光纤激光合成输出装置具有以下特点：适合大功率激光应用，通过对熔接点、光纤合成器等关键部位进行有效冷却，确保了大功率激光条件下工作的可靠性；结构紧凑，不含分立的透镜类光学元件，减小了装置体积；便于装配，组成部件之间通过连接组件连接，降低了装配难度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图1中，1－激光源，2－熔点冷却器，3－合成发射器，4－连接组件，5－连接器，6－冷却基板，7－冷却槽，8－光源端光纤，9－合成端光纤，10－光纤池，11－光纤池，12－光纤合成器，13－输出端帽，14－冷却外壳，15－光纤护套。

具体实施方式

如图1所示，本发明的具体实施例如下：

一种多路大功率光纤激光合成输出装置，包括熔点冷却器2、合成发射器3和连接组件4三部分。在熔点冷却器2的光纤池10中分别放置光源端光纤8和合成端光纤9，光源端光纤8和合成端光纤9两端的光纤通过熔接形成激光通路，熔接点放置与冷却槽7内进行冷却。光源端光纤8通过连接组件4分别与待合成的多个激光源连接，合成端光纤9通过连接组件4与合成发射器3连接。合成发射器3将多根合成端光纤9合成为一根输出光纤，经输出端帽13发射大功率合成激光。

本实施例中，熔点冷却器2的冷却基板6采用铝板，内部开通循环管路，通过冷却水循环进行制冷。在冷却基板6上开冷却槽7，长15cm，横截面为U型，将光源端光纤8和合成端光纤9的熔接点放置与冷却槽7中。光源端光纤8和合成端光纤9分别放置于两个光纤池10中，光纤盘绕为圆形，通过压片固定。

合成发射器中的光纤合成器12为多芯光锥结构，通过拉锥的将多根光纤拉制成一根。在光纤合成器12的单光纤端熔接输出端帽13，输出端帽13为石英材料，圆柱形，发射端面与圆柱中心轴成6度倾斜角，以防止端面回返光对激光源造成损伤。光纤合成器12封装于冷却外壳14内，外壳采用冷却水循环进行制冷，以防止大功率激光工作时的热损伤。

连接组件中的光纤护套采用钢丝铠装光纤护套15。激光源与熔点冷却器之间的光纤护套15为单纤护套，内部有一根光源端光纤8。熔点冷却器2与合成发射器3之间的光纤护套15为多纤护套，内部包含了全部合成端光纤9。连接器5均采用方形金属法兰，分别固定在各激光源1、熔点冷却器2和合成发射器3上。

采用本实施例所述的装置，多个激光源1的输出激光分别通过光源端光纤8传输到合成端光纤9，然后经由合成发射器3将多束激光合成为一束，通过输出端帽13发射，实现了大功率合成激光输出。

Claims (10)

1.一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，包括熔点冷却器(2)、合成发射器(3)和连接组件(4)，多个激光源(1)与熔点冷却器(2)之间通过连接组件(4)连接；

所述熔点冷却器(2)包括冷却基板(6)、冷却槽(7)、光源端光纤(8)、合成端光纤(9)和两个光纤池(10)，冷却槽(7)和光纤池(10)位于冷却基板(6)上，两个光纤池(10)分别排布光源端光纤(8)和合成端光纤(9)，光源端光纤(8)与合成端光纤(9)一一对应熔接在一起形成激光通路，合成端光纤(9)通过连接组件(4)与合成发射器(3)连接；

所述合成发射器(3)包括光纤合成器(12)、输出端帽(13)和冷却外壳(14)，输出端帽(13)与光纤合成器(12)的单光纤端熔接；

光源端光纤(8)将多个激光源(1)的输出激光传输到合成端光纤(9)；光纤合成器(12)将多根合成端光纤(9)通过拉锥的方式合成为一根，通过输出端帽(13)输出大功率合成激光。

2.根据权利要求1所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述连接组件(4)包括连接器(5)和光纤护套(15)，连接器(5)用于光纤护套(15)与激光源(1)、熔点冷却器(2)、合成发射器之间的紧固连接。

3.根据权利要求2所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述连接器(5)采用圆形或矩形法兰。

4.根据权利要求2所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述多个激光源(1)与熔点冷却器(2)之间的冷却组件(4)的光纤护套(15)采用单纤护套，所述熔点冷却器(2)与光纤合成器(3)之间的连接组件(4)的光纤护套(15)采用多纤护套，光纤护套(15)直径根据内部光纤直径以及应用场合的盘绕半径确定。

5.根据权利要求1所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述冷却基板(6)采用高导热系数的材料，所述高导热系数材料为铝或铜，所采用制冷方式为内部冷却液循环制冷或者电制冷。

6.根据权利要求1所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述冷却槽(7)是在冷却基板(6)上开出的直沟槽，槽长约10-15cm，所述冷却槽(7)横截面根据光纤尺寸、激光功率情况选择U型、半圆型或矩形截面。

7.根据权利要求1所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述光纤池(10)位于冷却基板上，内部尺寸应大于光纤最小盘绕直径，光纤池(10)中的光纤通过压片或贴片等方式盘绕固定，防止光纤松动。

8.根据权利要求1所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述光纤合成器(12)为多芯光锥结构，锥区长度和拉锥比例根据光纤尺寸以及输出激光需求特性确定。

9.根据权利要求1所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述输出端帽(13)采用光学石英材料，形状为圆柱形，其发射端面与圆柱中心轴成6－8度倾斜角。

10.根据权利要求1所述的一种多路大功率光纤激光合成输出装置，其特征在于，所述冷却外壳(14)采用制冷剂循环冷却。