CN106998031A - 一种高功率石英端帽的制造方法 - Google Patents

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    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
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Abstract

一种高功率石英端帽的制造方法，包括下列步骤，步骤一、先选择所需的双包层光纤(1)，去除双包层光纤(1)输出端的外包层和涂覆层，再制作一个直径大于双包层光纤1的圆柱或圆台形的石英端帽(3)，将圆柱形的石英端帽(3)一端或圆台形石英端帽(3)的大直径端与双包层光纤(1)输出端中心对准并熔融连接；步骤二、对石英端帽(3)输出端进行离子刻蚀加工，使石英端帽(3)的输出端表面形状为球面镜，这个球面镜包括的区域设为准直区域(4)；本发明的有益效果是最大程度减小了材料在机械加工过程中造成的不可控机械损伤，同时加工成的球面镜形状可以使石英端帽具有准直功能，提高光纤激光器的输出质量及光纤激光器的整体安全性和稳定性。

Description

一种高功率石英端帽的制造方法
技术领域
本发明是一种高功率石英端帽的制造方法，涉及光纤激光器件技术领域，特别是涉及一种高功率石英端帽制造方法。
背景技术
由于光纤芯径很小，传输高功率激光时容易在光纤出射端面形成很高的功率密度，而在高功率密度情况下，任何细小的端面污染和加工缺陷都可能引起光纤端面的损伤，用石英端帽是高功率传能光缆制作的关键技术，现有的技术还没有完善的石英端帽，石英端帽表面不平滑是严重的缺陷，大大影响激光的散射，使光纤及端帽极易损伤。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高功率石英端帽的制造方法，使石英端帽光洁，有利于激光散射，使光纤及端帽不易受损。
一种高功率石英端帽的制造方法，包括下列步骤，
步骤一、先选择所需的双包层光纤1，去除双包层光纤1输出端的外包层和涂覆层，再制作一个直径大于双包层光纤1的圆柱或圆台形的石英端帽3，将圆柱形的石英端帽3一端或圆台形石英端帽3的大直径端与双包层光纤1输出端中心对准并熔融连接；
步骤二、对石英端帽3输出端进行离子刻蚀加工，使石英端帽3的输出端表面形状为球面镜，这个球面镜包括的区域设为准直区域4；
步骤三、再在准直区域4的球面镜上进行离子刻蚀抛光，使准直区域4的球面镜表面光洁；
步骤四、对抛光后的准直区域4的球面镜进行镀膜，镀的膜为高透射膜5；
步骤五、对高透射膜5的外表面再进行离子刻蚀抛光。
将去除外包层和涂覆层的双包层光纤1与石英端帽3及高透射膜5固定并密封在金属块中；金属块中有冷却水通道。
所述的石英端帽3与双包层光纤1连接的一端直径不小于15毫米。
所述的高透射膜透射率大于98％。
本发明的效果：
与现有技术相比，本发明的有益效果是最大程度减小了材料在机械加工过程中造成的不可控机械损伤，最大程度上提高了石英端帽表面的材料性能，同时加工成的球面镜形状可以使石英端帽具有准直功能，再通过镀膜并进行抛光，进一步提高石英端帽的性能，提高石英端帽耐受功率，提高光纤激光器的输出质量及光纤激光器的整体安全性和稳定性。
附图说明
图1、本发明产品结构示意图，其中石英端帽3是由圆柱体的石英材料加工而成；
图2、本发明产品结构示意图，其中石英端帽3是由圆台体的石英材料加工而成；
其中，1为双包层光纤；2为纤芯；3为石英端帽；4准直区域，5为高透射膜。
具体实施方式
一种高功率石英端帽的制造方法，包括下列步骤，
步骤一、先选择所需的双包层光纤1，去除双包层光纤1输出端的外包层和涂覆层，再制作一个直径大于双包层光纤1的圆柱或圆台形的石英端帽3，将圆柱形的石英端帽3一端或圆台形石英端帽3的大直径端与双包层光纤1输出端中心对准并熔融连接；
步骤二、对石英端帽3输出端进行离子刻蚀加工，使石英端帽3的输出端表面形状为球面镜，这个球面镜包括的区域设为准直区域4；
步骤三、再在准直区域4的球面镜上进行离子刻蚀抛光，使准直区域4的球面镜表面光洁；
步骤四、对抛光后的准直区域4的球面镜进行镀膜，镀的膜为高透射膜5；
步骤五、对高透射膜5的外表面再进行离子刻蚀抛光。
将去除外包层和涂覆层的双包层光纤1与石英端帽3及高透射膜5固定并密封在金属块中；金属块中有冷却水通道。
所述的石英端帽3与双包层光纤1连接的一端直径不小于15毫米。
所述的高透射膜透射率大于98％。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的示意图，如图所示，特点是其构成包括石英端帽3经过离子刻蚀加工并抛光成的球面镜形状的准直区域4和经过离子刻蚀抛光的高透射膜5。
①将双包层光纤的纤芯2与石英端帽3的中心对准；
②对石英端帽3的输出端进行离子刻蚀加工成准直区域4并抛光；
③在准直区域4进行镀高透射膜5；
④对高透射膜5表面进行离子刻蚀抛光；
本发明的工作原理：在高功率激光器的输出端设置一个高功率石英端帽，当光纤激光器产生激光后，激光从纤芯2进入石英端帽3中，石英端帽3的准直区域4是球面镜形状，当光纤激光通过时，球面镜起到准直功能，光纤激光准直输出，同时准直区域4表面镀有高透射膜5，尽可能保证光纤激光的准直输出透射率，从而提高了光纤激光器激光质量及安全稳定性。
一种高功率石英端帽的制造方法，其特征在于：包括双包层光纤1和石英端帽3，光纤中设有纤芯2，石英端帽3输出端设有准直区域4和高透射膜5，准直区域4需要离子刻蚀加工，其形状为球面镜再进行离子刻蚀抛光，高透膜5表面需经过离子刻蚀抛光。
所述的石英端帽3，其特征在于：石英端帽3的材质为石英材料，其形状为圆柱形或圆锥形。
所述的石英端帽3，其特征在于：石英端帽的直径不小于15mm。
所述的石英端帽3，其特征在于：对石英端帽输出端进行离子刻蚀加工，加工成准直区域4。
所述的准直区域4，其特征在于：准直区域4经过离子刻蚀加工，加工后形状为球面镜。
所述的准直区域4，其特征在于：加工后的准直区域4需经过离子刻蚀抛光。
所述的准直区域4，其特征在于：准直区域4经离子刻蚀抛光后需镀高透膜5。
所述的高透膜5，其特征在于：高透膜的透过率需要大于98％。
所述的高透膜5，其特征在于：高透膜5镀膜后需经过离子刻蚀抛光。
本发明公开了一种高功率石英端帽的制造方法，属于光纤激光器件技术领域，包括双包层光纤1，石英端帽3，双包层光纤1中设有纤芯2，石英端帽3输出端设有准直区域4和高透射膜5，准直区域4是石英端帽3前端经过离子刻蚀加工处理而成，准直区域4表面镀高透射膜5，其中准直区域4是经过离子刻蚀加工而成的具有准直功能的球面镜，高透射膜5是镀膜后再经过离子刻蚀抛光处理后得到的。与传统技术相比，本发明能够提供一种在高功率激光输出时使用的石英端帽，它通过离子刻蚀加工对石英输出端加工成具有准直功能的球面镜，进行离子刻蚀抛光后再镀上高透射膜，最后再进行离子刻蚀抛光高透射膜表面。这种方法可以提高石英端帽的整体性能，提高石英端帽耐受功率，同时使石英端帽自带准直功能，提高光纤激光器的输出质量、安全性和稳定性。
离子束刻蚀是在真空条件下，将低压惰性气体离子化，经过加速、集束等，使具有一定速度的离子投射到材料表面，通过微观的机械撞击能量来加工的，离子束刻蚀加工加工精度高，污染少，加工应力、热变形等极小。
当使用光纤传输高功率激光时，对于光纤入射出射端面，由于端面光功率密度高，需保持清洁以防止端面损伤，在高功率密度下(如平均功率4kW激光传输进300微米的光纤中)，即使很小的端面污染也能诱发端面损伤，石英端帽直径是纤芯直径的数十倍，因此石英端帽入射端的面积远大于光纤端面的面积，导入入射端光功率密度减少，这增加了入射端面对粒子污染、外界画上和其它端面缺陷的容忍度。石英端帽的大面积端面便于对其进行抛光，减小了小孔洞微粒等缺陷存在的可能性，同时石英端帽与光纤相比也更易于机械固定，镀有防反射膜。
从一种通过离子束刻蚀制造高功率石英端帽的新方法，使用离子刻蚀加工和抛光的方法，替代传统机械研磨加工，减小了材料在机械加工过程中造成的不可控机械损伤，最大程度上提高了石英端帽表面的材料性能，同时加工成的球面镜形状可以使石英端帽具有准直功能，再通过镀膜并进行抛光，进一步提高石英端帽的性能，提高石英端帽的承受功率，使其在大于5kW激光输出时安全稳定工作。
所述的高功率石英端帽制造新方法的技术方案：
①将双包层光纤的纤芯与石英端帽的中心进行对准并熔融连接；
②对石英端帽输出端进行离子刻蚀加工，加工成的准直区域使其呈现球面镜形状；
③对准直区域进行离子刻蚀抛光；
④对抛光后的石英端帽进行镀膜，镀膜为高透射膜；
⑤对镀膜后的石英端帽进行镀膜表面的离子刻蚀抛光；
⑥将连结好的去除外包层和涂覆层的光纤与光学玻璃层固定并密封在金属外壳中；
所述的双包层光纤纤芯和石英端帽的中心必须对准。
所述的石英端帽材质为石英，且初始形状为圆柱形或者圆锥形，直径不小于15mm。
所述的石英端帽经离子刻蚀加工后要保证石英端帽原有的透射率，同时加工成准直区域。
所述的准直区域形状为球面镜形状，同时需经过离子刻蚀抛光。
所述的高透射膜透射率需大于98％。
所述高透射膜再镀完后需经过离子刻蚀抛光并保证抛光后高透射膜性质不改变。

Claims (4)

1.一种高功率石英端帽的制造方法，包括下列步骤，
步骤一、先选择所需的双包层光纤(1)，去除双包层光纤(1)输出端的外包层和涂覆层，再制作一个直径大于双包层光纤1的圆柱或圆台形的石英端帽(3)，将圆柱形的石英端帽(3)一端或圆台形石英端帽(3)的大直径端与双包层光纤(1)输出端中心对准并熔融连接；
步骤二、对石英端帽(3)输出端进行离子刻蚀加工，使石英端帽(3)的输出端表面形状为球面镜，这个球面镜包括的区域设为准直区域(4)；
步骤三、再在准直区域(4)的球面镜上进行离子刻蚀抛光，使准直区域(4)的球面镜表面光洁；
步骤四、对抛光后的准直区域(4)的球面镜进行镀膜，镀的膜为高透射膜(5)；
步骤五、对高透射膜(5)的外表面再进行离子刻蚀抛光。
2.根据权利要求1所述的一种高功率石英端帽的制造方法，其特征在于，将去除外包层和涂覆层的双包层光纤(1)与石英端帽(3)及高透射膜(5)固定并密封在金属块中；金属块中有冷却水通道。
3.根据权利要求1或2所述的一种高功率石英端帽的制造方法，其特征在于，所述的石英端帽(3)与双包层光纤(1)连接的一端直径不小于15毫米。
4.根据权利要求1或2所述的一种高功率石英端帽的制造方法，其特征在于，所述的高透射膜透射率大于98％。
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