CN107015320A - 一种高功率光纤端帽的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于，包括下列步骤，步骤一、确定激光传输使用的双包层光纤(1)，去除双包层光纤(1)输出端的涂层和外包层，然后选择制作光纤端帽(3)的材料，光纤端帽(3)的材料为与双包层光纤(1)内包层直径相同的一段大芯径无芯光纤；将去除涂层和外包层的双包层光纤(1)的一端与光纤端帽(3)的平滑的端面中心对准，然后进行熔融连接；步骤二、对光纤端帽(3)的另一端用离子刻蚀加工成球面镜的准直区域(4)；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，最大程度上提高了光纤端帽表面的材料性能，同时加工成的球面镜形状可以使光纤端帽具有准直功能。

Description

一种高功率光纤端帽的制造方法
技术领域
本发明是一种高功率光纤端帽的制造方法，涉及光纤激光器件技术领域，特别是涉及一种高功率光纤端帽制造方法。
背景技术
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。
在用传能光纤传输高功率激光时，传能光纤入射出射端面损伤问题是限制传能光纤传输高功率激光的主要因素，当激光功率很小时，端面无任何变化，当激光功率进一步增大，出现局部熔融现象，而表面发生微小形变。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降。继续辐照激光脉冲，出现严重的熔融现象或喷溅现象，光纤表面受到严重破坏。
造成这些的主要原因就是：1)光纤端面质量；2)杂质粒子、小孔洞、微粒等缺陷以一定的概率密度分布在光纤端面及其亚表层；3)在激光辐照功率密度较高且分布不均匀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率光纤端帽的制造方法，以克服现有技术的不足，使光纤高功率激光传输过程中性能可靠。
一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于，包括下列步骤，
步骤一、确定激光传输使用的双包层光纤1，去除双包层光纤1一端的涂层和外包层，然后选择制作光纤端帽3的材料，光纤端帽3的材料为与双包层光纤1内包层直径相同的一段大芯径无芯光纤；将去除涂层和外包层的双包层光纤1的一端与光纤端帽3的平滑的端面中心对准，然后进行熔接；
步骤二、对光纤端帽3的另一端用离子刻蚀加工成球面镜的准直区域4)再对球面镜的准直区域4球形表面进行离子刻蚀抛光，使准直区域4外表面光滑；
步骤三、对准直区域4的球面镜的外表面镀高透射膜5)
步骤四、对高透射膜5的外表面再进行离子刻蚀抛光。
所述的高透射膜5的透过率大于98％。
包括准直区域4的光纤端帽3的总长度小于20厘米。
将去除外包层和涂覆层的双包层光纤1与光纤端帽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。
本发明的技术效果：
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，最大程度上提高了光纤端帽表面的材料性能，同时加工成的球面镜形状可以使光纤端帽具有准直功能，再通过镀膜并进行抛光，进一步提高光纤端帽的性能，提高光纤端帽的承受功率及光纤激光器的整体安全性和稳定性；
同时加工成的球面镜形状可以使光纤端帽具有准直功能，再通过镀膜并进行抛光，进一步提高光纤端帽的性能，提高光纤端帽的承受功率，使其可以在大于3kW激光输出情况下，安全稳定工作。
附图说明
图1为本发明制成的产品示意图。
其中，1为双包层光纤；2为纤芯；3为光纤端帽；4为准直区域，5为高透射膜。
具体实施方式
一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于，包括下列步骤，
步骤一、确定激光传输使用的双包层光纤1，去除双包层光纤1一端的涂层和外包层，然后选择制作光纤端帽3的材料，光纤端帽3的材料为与双包层光纤1内包层直径相同的一段大芯径无芯光纤；将去除涂层和外包层的双包层光纤1的一端与光纤端帽3的平滑的端面中心对准，然后进行熔接；
步骤二、对光纤端帽3的另一端用离子刻蚀加工成球面镜的准直区域4)再对球面镜的准直区域4球形表面进行离子刻蚀抛光，使准直区域4外表面光滑；
步骤三、对准直区域4的球面镜的外表面镀高透射膜5)
步骤四、对高透射膜5的外表面再进行离子刻蚀抛光。
所述的高透射膜5的透过率大于98％。
光纤端帽3的总长度小于20厘米。
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，以输出光纤1为20/400光纤为例，则光纤端帽3选择无芯光纤的尺寸为400μm，如图所示，特点是其构成包括光纤端帽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20/400光纤的纤芯2与光纤端帽3的中心对准并进行熔接；
②对光纤端帽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光纤端帽，当光纤激光器产生激光后，激光从纤芯2进入光纤端帽3中，光纤端帽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。
本发明公开了一种高功率光纤端帽的制造方法，属于光纤激光器件技术领域，包括双包层光纤1，光纤端帽3，双包层光纤1中设有纤芯2，光纤端帽3输出端设有准直区域4和高透射膜5，准直区域4是光纤端帽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大于3kW激光输出时使用的光纤端帽，它通过离子刻蚀加工对光纤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。这种方法大大降低了入射端面被污染的程度，减小了小孔洞微粒等缺陷存在的可能性，同时对于光纤端帽的抛光和处理都是精细处理，最大程度上提高光纤端帽的整体性能，提光纤端帽耐受功率、使光纤激光器的输出质量、安全性和稳定性得到提升。
提供了一种通过离子束刻蚀制造高功率光纤端帽的新方法，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，最大程度上提高了光纤端帽表面的材料性能，同时加工成的球面镜形状可以使光纤端帽具有准直功能，再通过镀膜并进行抛光，进一步提高光纤端帽的性能，提高光纤端帽的承受功率，使其可以在大于3kW激光输出情况下，安全稳定工作。
本发明所涉及的技术解决原理：
将双包层光纤的纤芯与光纤端帽的中心对准连接，再通过离子刻蚀对光纤端帽的输出端进行加工，加工成球面镜后进行离子刻蚀抛光，保证光纤端帽输出端表面的材料性质，再镀一层高透射膜在已经加工好的光纤端帽输出端，最后再对已经镀好的膜进行离子刻蚀加工，最大程度上提升光纤端帽的表面性质，提高光纤端帽的整体性能，提高光纤端帽耐受功率，提高光纤激光器的输出质量、安全性和稳定性。
所述的高功率光纤端帽制造新方法的技术方案：
①将双包层光纤的纤芯与光纤端帽的中心进行对准并熔融连接；
②对光纤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对抛光后的光纤端帽进行镀膜，镀膜为高透射膜；
⑤对镀膜后的光纤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光纤端帽的中心必须对准。
所述的光纤端帽材质为无芯光纤，且无芯光纤尺寸需与熔接光纤相匹配
所述的光纤端帽经离子刻蚀加工后要保证光纤端帽原有的透射率，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。
一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于：包括双包层光纤1和光纤端帽3，光纤中设有纤芯2，光纤端帽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，高透射膜5表面需经过离子刻蚀抛光。
所述的光纤端帽3，其特征在于：光纤端帽3为大芯径的无芯光纤材料。
所述的光纤端帽3，其特征在于：光纤端帽3所用的无芯光纤与要与光纤1型号尺寸相匹配。
所述的光纤端帽3，其特征在于：对光纤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射膜5。
所述的高透射膜5，其特征在于：高透射膜的透过率需要大于98％。
所述的高透射膜5，其特征在于：高透射膜5镀膜后需经过离子刻蚀抛光。

Claims (4)

1.一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于，包括下列步骤，
步骤一、确定激光传输使用的双包层光纤(1)，去除双包层光纤(1)输出端的涂层和外包层，然后选择制作光纤端帽(3)的材料，光纤端帽(3)的材料为与双包层光纤(1)内包层直径相同的一段大芯径无芯光纤；将去除涂层和外包层的双包层光纤(1)的一端与光纤端帽(3)的平滑的端面中心对准，然后进行熔融连接；
步骤二、对光纤端帽(3)的另一端用离子刻蚀加工成球面镜的准直区域(4)，再对球面镜的准直区域(4)球形表面进行离子刻蚀抛光，使准直区域(4)外表面光滑；
步骤三、对准直区域(4)的球面镜的外表面镀高透射膜(5)；
步骤四、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所述的一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于，所述的高透射膜(5)的透过率大于98％。
3.根据权利要求1或2所述的一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于，包括准直区域(4)的光纤端帽(3)的总长度小于20厘米。
4.根据权利要求1所述的一种高功率光纤端帽的制造方法，其特征在于，将去除外包层和涂覆层的双包层光纤(1)与光纤端帽(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。
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