CN106291841A - 蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽，包括蓝宝石螺帽、蓝宝石单晶毛细管以及设置在蓝宝石螺帽、蓝宝石单晶毛细管之间的蓝宝石单晶窗口片；蓝宝石单晶毛细管内放置有光纤，光纤距离蓝宝石单晶毛细管的端面小于10μm；蓝宝石单晶毛细管的一端螺纹连接上述的蓝宝石螺帽；所述蓝宝石单晶毛细管的连接端设有凹槽，蓝宝石螺帽包括蓝宝石基质的螺帽本体，螺帽本体一端设有内螺纹孔。本发明打破传统蓝宝石端帽熔接型技术，采用螺纹配合结构，将光纤端面与蓝宝石器件进行空间配合，采用分立元件，可以更加灵活的组织光路，提高器件的耐受能力，以保证更大功率的激光光路的顺利运行。

Description

蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽

技术领域

本发明属于光纤传输技术领域，特别是涉及一种蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽。

背景技术

目前，用传能光纤传输高功率激光时，传能光纤入射端和出射端端面损伤问题是限制光纤传输高功率激光的主要因素；当激光功率很小时，光纤端面无任何变化，当激光功率逐渐增大后，因光纤端面不是绝对洁净，污渍会使端面出现明显坑状损伤点，但不影响光纤传输激光，但是随着激光功率的进一步增大，将出现局部熔融现象，同时端面表面发生微小形变，并且当激光功率达到损伤阈值后产生等离子，伴有等离子闪光和响声，光纤输出激光能量下，如果继续照射激光脉冲，将会出现严重的熔融现象，光纤表面也将受到严重破坏。

解决光纤端面损伤的方案是在光纤端面前增加端帽结构，端帽可以有效避免高峰值功率下激光对光纤端面损伤。

目前端帽全部采用石英结构，采用此结构的主要原因是石英端帽与光纤材质属于同类产品，熔接时可以避免不同材料的连接问题。石英端帽的制作采用熔接的办法，使光纤和端帽的材料均匀而完整地结合在一起；目前，绝大多数工业上连接光纤的方法是采用激光器作为热源，这对于石英端帽和光纤熔接过程中需要改变热源强度的连接方式是有局限性的。而且连接部位几何形状的改变也要求热源能量和熔接距离要有相应的改变。总之，按照目前的石英端帽生产技术，碰到的几个主要问题是：1，石英端帽技术不是很成熟的技术方案，在应用过程中总会碰到各种技术问题，整体散热，端帽脱落等等，目前都无法彻底解决。2，石英端帽的熔接是个技术难度很大的工作，本身光纤与端帽的熔接就有很大的技术含量，不是能够有很好的操作文件就可以解决的，3，熔接时使用的大功率激光设备是一个相当贵重的设备，对前期投资以及后续使用都会提出相应的要求。我们提出的蓝宝石端帽方案就是对石英型熔接方案的问题进行改进，依靠目前可实现的材料以及精密加工技术把石英端帽的问题解决掉，而加速此类型的应用。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种打破传统蓝宝石端帽熔接型技术，采用螺纹配合结构，将光纤端面与蓝宝石器件进行空间配合，采用分立元件，可以更加灵活的组织光路的蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽，其特征在于：包括蓝宝石螺帽、蓝宝石单晶毛细管以及设置在蓝宝石螺帽、蓝宝石单晶毛细管之间的蓝宝石单晶窗口片；其中所述的蓝宝石单晶毛细管内放置有光纤，所述光纤距离蓝宝石单晶毛细管的端面小于10μm；蓝宝石单晶毛细管对应蓝宝石螺帽端中心孔设有喇叭型槽；蓝宝石单晶毛细管的一端螺纹连接上述的蓝宝石螺帽；所述蓝宝石单晶毛细管的连接端设有凹槽，所述凹槽的中心与蓝宝石单晶毛细管中心孔同心；所述蓝宝石螺帽包括蓝宝石基质的螺帽本体，所述螺帽本体一端设有内螺纹孔，对应所述的蓝宝石单晶毛细管端部设有外螺纹；在蓝宝石螺帽和蓝宝石单晶毛细管螺纹连接后所述的蓝宝石单晶窗口片位于内螺纹孔的孔底。

本发明还可以采用如下技术措施：

所述螺帽本体的另一端设有与内螺纹孔连通的光束孔；所述蓝宝石螺帽的光束孔与蓝宝石单晶毛细管中心孔在同一中心线上。

所述喇叭型槽的锥角为90°。

所述蓝宝石单晶窗口片为等厚隔片、单面斜角隔片、单面透镜型隔片或双面透镜型隔片。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方法，具有以下优点：

1)、此方案主要利用蓝宝石可以耐受2050摄氏度，远高于石英熔点的特性，提高器件的耐受能力，以保证更大功率的激光光路的顺利运行。尤其可以作为一种万瓦级大功率光纤端帽，应用于高端大功率的光纤激光器、固体激光器、半导体激光器等激光加工，如激光切割、激光焊接、激光3D打印等工业加工应用和军事激光武器等领域。

2)、此方案选用的蓝宝石相比于石英材料，具有优异的散热性能，可以更好的将工作时产生的热量尽快的输送出去，由于全部采用蓝宝石材料，避免了不同材料之间导热性能的差异，普通石英端帽端面灼伤最根本的原因就是因为污渍等缺陷产生的热量没有尽快排出而导致端面恶化，恶化后会产生更大的光阻从而加大散热，导致恶性循环，从而迅速的烧毁端面，而蓝宝石更高的熔点，更好的散热性能会大大加强此类产品的性能。

3)、此方案主要有三部分蓝宝石单晶材料组成，分别是蓝宝石单晶毛细管，蓝宝石单晶窗口片，蓝宝石单晶螺帽。其中第一部分的柱状蓝宝石单晶毛细管，内部可以放置光纤，蓝宝石单晶毛细管底部有喇叭型凹槽，以保证光纤可以顺利放置进毛细管。此蓝宝石单晶毛细管也可以作为蓝宝石包层剥离器使用，同样在此结构中，光纤中的包层光通过紧密配合的蓝宝石单晶毛细管时，因为折射率原因，有害的包层光会被剥除，从而减小端面耦合时的散热，提高耦合效率。

4)、此方案的蓝宝石单晶窗口片放置在蓝宝石单晶毛细管与蓝宝石螺帽之间，以起到保护光纤端面，防尘以及部分光学作用，尤其是具有单面斜面的隔片，应用中可以使有害的反射光直接反射到其他介质中，以避免反射进光纤包层，从而提高光纤的输出效率，增加系统的稳定性。可以按照客户要求制作，分别为等厚隔片，单面斜角隔片，单面透镜型隔片以及双面透镜型隔片，以适应于不同光路的技术方案。

5)、此方案中的蓝宝石单晶窗口片因为是分立元件，所以在有损伤时可以迅速更换，而目前采用的石英熔接方案如有损坏，需要更换整个的光纤器件，耗时长，费用高，但此方案既可避免此问题。

6)、此方案的主要打破传统熔接结构，可以避免过大的前期投资，可以实现更优的组合方案。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明内部结构示意图；

图3和图4是本发明立体分解图；

图5是蓝宝石单晶毛细管结构示意图；

图6和图7是两种蓝宝石螺帽内部结构示意图；

图8至图11是蓝宝石单晶窗口片截面结构示意图。

图中：1、蓝宝石螺帽；1-1、螺帽本体；1-2、内螺纹孔；1-3、光束孔；2、蓝宝石单晶毛细管；2-1、蓝宝石单晶毛细管中心孔；2-2、喇叭型槽；3、蓝宝石单晶窗口片；4、光纤。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图6，一种蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽，包括蓝宝石螺帽1、蓝宝石单晶毛细管2以及设置在蓝宝石螺帽1、蓝宝石单晶毛细管2之间的蓝宝石单晶窗口片3；其中所述的蓝宝石单晶毛细管内放置有光纤4，所述光纤距离蓝宝石单晶毛细管的端面小于10μm；蓝宝石单晶毛细管对应蓝宝石螺帽端中心孔设有喇叭型槽；所述喇叭型槽的锥角为90°；蓝宝石单晶毛细管2的一端螺纹连接上述的蓝宝石螺帽1；所述蓝宝石单晶毛细管2的连接端设有凹槽2-3，所述凹槽的中心与蓝宝石单晶毛细管中心孔2-1同心；凹槽的设计有利于光纤散热，提高光纤寿命；所述蓝宝石螺帽1包括蓝宝石基质的螺帽本体1-1，所述螺帽本体一端设有内螺纹孔1-2，对应所述的蓝宝石单晶毛细管2端部设有外螺纹；在蓝宝石螺帽和蓝宝石单晶毛细管螺纹连接后所述的蓝宝石单晶窗口片3位于内螺纹孔1-2的孔底。

请参阅图7，所述螺帽本体的另一端设有与内螺纹孔连通的光束孔1-3，所述蓝宝石螺帽的光束孔与蓝宝石单晶毛细管中心孔2-1在同一中心线上。

所述蓝宝石单晶窗口片3为等厚隔片(如图8)、单面斜角隔片(如图9)、单面透镜型隔片(如图10)或双面透镜型隔片(如图11)。

本发明组装方法，将已研磨好端面的裸光纤从喇叭型槽2-2穿入蓝宝石石英毛细管到达毛细管顶端后，与蓝宝石单晶窗口片接触。蓝宝石螺帽与蓝宝石单晶毛细管通过螺纹连接紧密配合。光纤在穿入蓝宝石单晶毛细管后，喇叭型槽部分用胶水固定，从而保证整体的稳定性。

光纤端面，蓝宝石单晶窗口片两端，蓝宝石螺帽都要做良好的清洁。激光从光纤传输到光纤端面，如图2所示，激光从右至左传输，耦合进蓝宝石单晶窗口片，穿过蓝宝石单晶窗口片后，经过蓝宝石螺帽传出，蓝宝石螺帽可以是中空结构，大功率激光主要透过蓝宝石单晶窗口片传出，因为首先从光纤进入蓝宝石晶体，会有扩束作用，降低功率密度，同时蓝宝石的良好传热性能以及高熔点特征会大大增加使用寿命。在实际使用时，蓝宝石单晶窗口片需要更换时，只需将蓝宝石螺帽拧下，更换蓝宝石单晶窗口片即可，可大大改善使用效果。

采用上述技术方法，具有以下优点：

1)、此方案主要利用蓝宝石可以耐受2050摄氏度，远高于石英熔点的特性，提高器件的耐受能力，以保证更大功率的激光光路的顺利运行。尤其可以作为一种万瓦级大功率光纤端帽，应用于高端大功率的光纤激光器、固体激光器、半导体激光器等激光加工，如激光切割、激光焊接、激光3D打印等工业加工应用和军事激光武器等领域。

2)、此方案选用的蓝宝石相比于石英材料，具有优异的散热性能，可以更好的将工作时产生的热量尽快的输送出去，由于全部采用蓝宝石材料，避免了不同材料之间导热性能的差异，普通石英端帽端面灼伤最根本的原因就是因为污渍等缺陷产生的热量没有尽快排出而导致端面恶化，恶化后会产生更大的光阻从而加大散热，导致恶性循环，从而迅速的烧毁端面，而蓝宝石更高的熔点，更好的散热性能会大大加强此类产品的性能。

3)、此方案主要有三部分蓝宝石单晶材料组成，分别是蓝宝石单晶毛细管，蓝宝石单晶窗口片，蓝宝石单晶螺帽。其中第一部分的柱状蓝宝石单晶毛细管，内部可以放置光纤，蓝宝石单晶毛细管底部有喇叭型凹槽，以保证光纤可以顺利放置进毛细管。此蓝宝石单晶毛细管也可以作为蓝宝石包层剥离器使用，同样在此结构中，光纤中的包层光通过紧密配合的蓝宝石单晶毛细管时，因为折射率原因，有害的包层光会被剥除，从而减小端面耦合时的散热，提高耦合效率。

4)、此方案的蓝宝石单晶窗口片，隔片放置在蓝宝石单晶毛细管与蓝宝石螺帽之间，以起到保护光纤端面，防尘以及部分光学作用，可以使有害的反射光直接反射到其他介质中，以避免反射进光纤包层，从而提高光纤的输出效率，增加系统的稳定性。

5)、此方案中的蓝宝石单晶窗口片因为是分立元件，所以在有损伤时可以迅速更换，而目前采用的石英熔接方案如有损坏，需要更换整个的光纤器件，耗时长，费用高，但此方案既可避免此问题。

6)、此方案的主要打破传统熔接结构，可以避免过大的前期投资，可以实现更优的组合方案。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽，其特征在于：包括蓝宝石螺帽、蓝宝石单晶毛细管以及设置在蓝宝石螺帽、蓝宝石单晶毛细管之间的蓝宝石单晶窗口片；其中所述的蓝宝石单晶毛细管内放置有光纤，所述光纤距离蓝宝石单晶毛细管的端面小于10μm；蓝宝石单晶毛细管对应蓝宝石螺帽端中心孔设有喇叭型槽；蓝宝石单晶毛细管的一端螺纹连接上述的蓝宝石螺帽；所述蓝宝石单晶毛细管的连接端设有凹槽，所述凹槽的中心与蓝宝石单晶毛细管中心孔同心；所述蓝宝石螺帽包括蓝宝石基质的螺帽本体，所述螺帽本体一端设有内螺纹孔，对应所述的蓝宝石单晶毛细管端部设有外螺纹；在蓝宝石螺帽和蓝宝石单晶毛细管螺纹连接后所述的蓝宝石单晶窗口片紧贴内螺纹孔的孔底。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽，其特征在于：所述螺帽本体的另一端设有与内螺纹孔连通的光束孔；所述蓝宝石螺帽的光束孔与蓝宝石单晶毛细管中心孔在同一中心线上。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽，其特征在于：所述喇叭型槽的锥角为90°。

4.根据权利要求1所述的蓝宝石螺帽非熔接型蓝宝石光纤输出端帽，其特征在于：所述蓝宝石单晶窗口片为等厚隔片、单面斜角隔片、单面透镜型隔片或双面透镜型隔片。