CN106443886A - 光纤激光输出头的制造方法及光纤激光输出头 - Google Patents

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张新海
董繁龙
孙小卫
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    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres

Abstract

本发明公开一种光纤激光输出头的制造方法。首先，提供多组光纤、多根拉锥套管及封装套管。其次，将每组光纤紧密排列在对应一个拉锥套管中并熔融拉锥以得到光纤束。然后，将多根光纤束紧密排列封装在所述封装套管中。此外，本发明还公开一种光纤激光输出头。本发明的光纤激光输出头的制造方法及光纤激光输出头利用不同横截面的封装套管输出不同形状的光斑，从而实现一种新的激光输出装置工作模式，使其能应用于特殊需求的激光加工领域。同时，由于光纤激光输出头的结构简单及制造方便，因此制造成本低。

Description

光纤激光输出头的制造方法及光纤激光输出头
技术领域
本发明涉及激光技术，特别涉及一种光纤激光输出头的制造方法及光纤激光输出头。
背景技术
光纤激光器具有节能环保、体积小、寿命长、维护便捷、光束质量高等优点，已逐渐代替传统激光器应用于各种领域。
在某些特殊领域中，光纤激光器输出的光斑的形状会影响工作效率，例如当需要在加工产品上形成矩形孔时，若光纤激光器可以输出矩形光斑，则可以更加高效工作。因此，光纤激光器可以输出各种形状的光斑具有重要意义。但是，目前的光纤激光输出头一般由多根光纤熔融拉锥并切割形成圆形输出端，因此只能输出圆形光斑。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种光纤激光输出头的制造方法及光纤激光输出头。
一种光纤激光输出头的制造方法，包括以下步骤：
提供多组光纤、多根拉锥套管及封装套管；
将每组所述光纤紧密排列在对应一个所述拉锥套管中并熔融拉锥以得到光纤束；和
将多根所述光纤束紧密排列封装在所述封装套管中。
在某些实施方式中，所述将多根所述光纤束紧密排列封装在所述封装套管中的步骤包括：
将多根所述光纤束排列在所述封装套管内且输出端对齐；及
采用粘接物将所述光纤束和所述封装套管固定。
一种光纤激光输出头，包括多组光纤、多个拉锥套管及封装套管。
每组所述光纤紧密排列在对应的一个所述拉锥套管中并熔融拉锥形成光纤束；及
多根所述光纤束紧密排列封装在所述封装套管中。
在某些实施方式中，每组所述光纤包括多根光纤，所述多根光纤相同。
在某些实施方式中，每组所述光纤包括多根光纤，每组所述光纤的数目相同。
在某些实施方式中，不同组的所述光纤相同。
在某些实施方式中，所述拉锥套管包括石英套管。
在某些实施方式中，所述石英套管的横截面包括圆形。
在某些实施方式中，所述封装套管的材料包括金属。
在某些实施方式中，所述封装套管的横截面包括矩形。
在某些实施方式中，所述多根光纤束的输出端面位于同一平面内。
在某些实施方式中，所述光纤激光输出头还包括粘接物，所述粘接物用于粘接所述光纤束和所述封装套管以实现机械固定。
本发明的光纤激光输出头的制造方法及光纤激光输出头利用不同横截面的封装套管输出不同形状的光斑，从而实现一种新的激光输出装置工作模式，使其能应用于特殊需求的激光加工领域。同时，由于光纤激光输出头的结构简单及制造方便，因此制造成本低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施方式的制造方法流程示意图。
图2是本发明实施方式的光纤激光输出头的结构示意图。
图3是本发明另一个实施方式的制造方法流程示意图。
图4是本发明另一个实施方式的光纤激光输出头的截面示意图。
图5是本发明再一个实施方式的光纤激光输出头的结构示意图。
图6是本发明又一个实施方式的光纤激光输出头的结构示意图。
主要元件符号说明：
光纤激光输出头10、光纤12、拉锥套管14、封装套管16、粘接物18。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的实施方式在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1，本发明实施方式的光纤激光输出头10的制造方法包括以下步骤：
S10：提供多组光纤、多根拉锥套管及封装套管；
S20：将每组光纤紧密排列在对应一个拉锥套管中并熔融拉锥以得到光纤束；和
S30：将多根光纤束紧密排列封装在封装套管中。
请参阅图2，本发明实施方式的光纤激光输出头10包括多组光纤12、多个拉锥套管14及封装套管16。每组光纤12紧密排列在对应的一个拉锥套管14中并熔融拉锥形成光纤束。多根光纤束紧密排列封装在封装套管16中。
本发明的光纤激光输出头10的制造方法及光纤激光输出头10利用不同横截面的封装套管16输出不同形状的光斑，从而实现一种新的激光输出装置工作模式，使其能应用于特殊需求的激光加工领域。同时，由于光纤激光输出头10的结构简单及制造方便，因此制造成本低。
在某些实施方式中，将光纤12熔融拉锥的步骤包括在锥腰区截断以获得合适长度和粗细的光纤束。将光纤12熔融拉锥可以实现光纤合束的效果，使得光纤12的输出功率耦合，从而获得高功率的光纤激光输出头10。
请参阅图3，将多根光纤束紧密排列封装在封装套管中的步骤包括：
S40：将多根所述光纤束排列在所述封装套管内且输出端对齐；及
S50：采用粘接物将所述光纤束和所述封装套管固定。
在某些实施方式中，多根光纤束的输出端面位于同一平面内。如此，输出端面位于同一平面内可以避免光纤12的出射光照射到相邻光纤12的侧面包层。此外，光纤束的输出端面位于同一平面内便于实现后续的封装操作。
在某些实施方式中，每组光纤12在对应的拉锥套管14中的排列也需要满足输出端面位于同一平面内的条件。如此，可以避免光纤12的出射光照射到封装套管16中任意一根拉锥套管14的光纤12的侧面包层。此外，光纤12的输出端面位于同一平面还可以保证激光输出功率的一致性，保证输出光斑各个位置的能量均衡。
请参阅图4，在某些实施方式中，光纤激光输出头10还包括粘接物18，粘接物18用于粘接光纤束和封装套管16以实现机械固定。光纤束处于封装套管16中可能出现松动、偏移等问题，从而影响光纤激光输出头10的正常工作，利用粘接物18的粘接效果，可以将光纤束固定在封装套管16中，从而确保光纤激光输出头10的工作稳定性。
在某些实施方式中，粘接物18包括光学胶。光学胶具有粘性和透光性。粘性用于粘接光纤束和封装套管16，透光性用于将泄露光引导至封装套管16表面，从而避免光纤束发热，确保光纤激光输出头10的稳定性。
在某些实施方式中，粘接物18包括填充物。利用填充物填充光纤束和封装套管之间的间隙，从而实现光纤束的固定效果。
在某些实施方式中，粘接物18包括有粘性的各种材料。利用粘接物18的材料的粘性，可以粘接光纤束，从而将光纤束固定在封装套管中。
在某些实施方式中，光纤激光输出头10利用一些机械结构来固定光纤束。例如利用具有夹持单元的固定模块来固定光纤束，如此，可以将光纤束固定在封装套管16中。
在某些实施方式中，光纤激光输出头10利用光纤束本身在封装套管16中的排列来实现固定光纤束的效果。例如，将光纤束紧密排列在封装套管16中，将封装套管16中的空间填满，从而固定光纤束。
在某些实施方式中，每组光纤包括多根光纤，多根光纤相同。
在某些实施方式中，光纤12包括多模光纤。如此，通过采用多模光纤，光纤激光输出头10可以输出功率分布均匀的光斑。
在某些实施方式中，多模光纤的纤芯直径为200μm，包层直径为220μm，涂覆层直径为400μm。
在某些实施方式中，光纤12也可以是单模光纤，在此不做任何限制。
在某些实施方式中，每组光纤12的根数不超过100，过多的光纤12会导致制作难度大大增加。此外，光纤12过多可能导致光纤激光输出头10在使用过程中出现过高的反射光功率从而带来严重的热效应，降低光纤激光输出头10的工作效率和可靠性。
在某些实施方式中，光纤激光输出头的制造方法还包括以下步骤：对光纤束端面进行镀增透膜处理。如此，可利用增透膜的特性，防止反射光的危害，从而增加每个拉锥套管14中的光纤12的数目，也即是说，在做镀膜处理后，每个拉锥套管14中的光纤12的数目可以超过100。
在某些实施方式中，不同组的所述光纤相同。如此，可以使得光纤激光输出头10的输出功率均匀，从而确保光纤激光输出头10的工作稳定性。
在某些实施方式中，所述拉锥套管包括石英套管。石英套管14的材料可以是纯石英材料、外层掺氟内层纯石英材料或者其他在1400摄氏度处于熔融状态的玻璃介质。如此，可以实现光纤12收容于拉锥套管14后的熔融拉锥操作。
在某些实施方式中，例如当光纤12为多模光纤时，拉锥套管14可以为纯石英材料。多模光纤多为外层掺氟，内层纯石英的结构，拉锥套管14采用纯石英材料，利用纯石英材料折射率高于掺氟石英材料的特性，从而导出光纤激光输出头10制备过程中从光纤12侧面泄露的激光。
请参阅图5，在某些实施方式中，拉锥套管14的横截面包括圆形。如此，圆形的拉锥套管14利于光纤12收容于拉锥套管14后的熔融拉锥操作。
在某些实施方式中，拉锥套管14的横截面也可以是六边形、八边形或者其他多边形，在此不做任何限制。不同横截面形状的拉锥套管14可以使光纤12具有不同的排列形式，根据输出光斑形状的不同或其他需求，可以选择不同横截面的拉锥套管14。
在某些实施方式中，封装套管16的材料包括金属。金属材料的封装套管16可以夹持固定光纤束并且散热，同时，由于金属的相关工艺比较成熟，可以有效地降低光纤激光输出头10的制造成本。
在某些实施方式中，封装套管16的材料还可以是其他能够固定光纤束的材料，包括塑料、橡胶等。
较佳地，封装套管16的材料不仅可以实现固定光纤束的效果，还需具备较好的热传导能力，如此，利用封装套管16的散热效果，可以将光纤束激光泄露或者其他方式产生的热量传导到外界，从而确保光纤激光输出头10的稳定性和实用性。
请参阅图6，在某些实施方式中，封装套管16的横截面包括矩形。如此，利用封装套管16矩形横截面，可以使排列在封装套管16中的光纤束的输出端面近似矩形形状，从而使光纤激光输出头能够输出矩形光斑。
在某些实施方式中，封装套管16的横截面还包括三角形、五边形及其他多边形。如此，利用光纤束在封装套管16里面不同的排列形式，可以输出类似对应形状的光斑，也即是说，封装套管的横截面的形状就是输出光斑的对应形状。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种光纤激光输出头的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
提供多组光纤、多根拉锥套管及封装套管；
将每组所述光纤紧密排列在对应一个所述拉锥套管中并熔融拉锥以得到光纤束；和
将多根所述光纤束紧密排列封装在所述封装套管中。
2.如权利要求1所述的光纤激光输出头的制造方法，其特征在于，所述将多根所述光纤束紧密排列封装在所述封装套管中的步骤包括：
将多根所述光纤束排列在所述封装套管内且输出端对齐；及
采用粘接物将所述光纤束和所述封装套管固定。
3.一种光纤激光输出头，其特征在于包括：
多组光纤；
多个拉锥套管，每组所述光纤紧密排列在对应的一个所述拉锥套管中并熔融拉锥形成光纤束；及
封装套管，多根所述光纤束紧密排列封装在所述封装套管中。
4.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，每组所述光纤包括多根光纤，所述多根光纤相同。
5.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，每组所述光纤包括多根光纤，每组所述光纤的数目相同。
6.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，不同组的所述光纤相同。
7.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，所述拉锥套管包括石英套管。
8.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，所述石英套管的横截面包括圆形。
9.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，所述封装套管的材料包括金属。
10.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，所述封装套管的横截面包括矩形。
11.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，所述多根光纤束的输出端面位于同一平面内。
12.如权利要求3所述的光纤激光输出头，其特征在于，所述光纤激光输出头还包括粘接物，所述粘接物用于粘接所述光纤束和所述封装套管以实现机械固定。
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