CN107182265B - 一种大功率光纤激光耦合器 - Google Patents
一种大功率光纤激光耦合器Info
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Abstract
本发明属于光纤激光器领域，具体公开一种大功率光纤激光耦合器，它包括耦合镜组件、与耦合镜组件连接的插接冷却器和位于插接冷却器内的光纤，耦合镜组件包括耦合镜筒和位于耦合镜筒一端腔体内的透镜，插接冷却器插入耦合镜筒另一端的腔体内，耦合镜筒通过插接锁紧螺母与插接冷却器连接，其中，所述透镜包括右凸透镜、左凸透镜以及位于右凸透镜与左凸透镜之间的凹透镜。本发明的耦合器耦合效率、光纤端面定位精度高和散热性能好。
Description
技术领域
本发明属于光纤激光器领域，具体涉及一种大功率光纤激光耦合器。
背景技术
在光纤激光器或者光纤放大器中，需要将准直的泵浦光或者信号光通过光纤激光耦合器耦合入光纤。光纤激光耦合器的耦合效率对光纤激光器整体效率影响很大，而耦合器中耦合镜组的成像质量是影响耦合器效率的重要因素。目前已有的耦合器中，有些耦合器使用一片球面透镜作为耦合镜，这样的耦合器成像像差较大，因而耦合效率较低；另外有些耦合器到使用四片以上球面透镜组成的复杂镜组的耦合器，这样的耦合镜组由于反射面太多，通光效率受限，也不适合大功率应用。目前，大功率的光纤激光耦合器的光纤端头散热性能差，光纤端面定位精度低，不能保证大功率光纤激光器稳定工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耦合效率、光纤端面定位精度高和散热性能好的大功率光纤激光耦合器。
实现本发明目的的技术方案：一种大功率光纤激光耦合器，它包括耦合镜组件、与耦合镜组件连接的光纤插接及冷却组件、位于插接组件内的光纤夹持定位组件和位于光纤夹持定位组件内的光纤，耦合镜组件包括耦合镜筒和位于耦合镜筒一端腔体内的透镜，光纤插接及冷却组件包括插接冷却器和插接锁紧螺母，插接冷却器插入耦合镜筒另一端的腔体内，耦合镜筒通过插接锁紧螺母与插接冷却器连接，其中，所述透镜包括右凸透镜、左凸透镜以及位于右凸透镜与左凸透镜之间的凹透镜。
所述的光纤夹持定位组件插接在插接冷却器的腔体内，光纤插接在光纤夹持定位组件的腔体内。
所述的光纤夹持定位组件包括定位锁紧螺母、夹持器、套筒和定位器，套筒的一端外套有夹持器，套筒的另一端外套有定位器，光纤位于套筒内、且光纤的两端悬置在夹持器和定位器外部，夹持器通过定位锁紧螺母与插接冷却器固定连接。
所述的右凸透镜与凹透镜之间、凹透镜与左凸透镜之间均设有镜间隔圈，右凸透镜、凹透镜和左凸透镜通过位于右凸透镜外侧的耦合镜锁紧圈固定在耦合镜筒腔体内。
所述的插接冷却器为沿其轴线开有腔体，插接冷却器的壳体上以其轴线为对称轴开设冷却通道。
所述的冷却通道包括两个第一圆柱体冷却通道、两个第二圆柱体冷却通道、两个第三圆柱体冷却通道和一个环形通道，两个第一圆柱体冷却通道之间、两个第二圆柱体冷却通道之间、两个第三圆柱体冷却通道之间均以插接冷却器的轴线为对称轴对称分布，第一圆柱体冷却通道与第三圆柱体冷却通道平行两者通过与其垂直的第二圆柱体冷却通道连通，两个第三圆柱体冷却通道通过环形通道连通。
所述的插接冷却器与耦合镜筒通过插接锁紧螺母固定连接，插接锁紧螺母套在插接冷却器的插接冷却器凸台外。
本发明的有益技术效果在于：本发明采用两个凸镜之间设有一个凹镜，且通过镜间隔圈使镜组精确定位，保证输入光能在像点上形成小像差光斑，提高了耦合器的耦合效率。采用光纤位于套筒和定位器内，提供了光纤端面的定位精度。光纤插接冷却器中设有冷却流道，冷却流道中流动的冷却液可以有效地对插接冷却器进行冷却，从而对光纤端头进行散热，保证耦合器在高功率运行下的稳定性。
附图说明
图1为本发明所提供的一种大功率光纤激光耦合器的结构示意图；
图2为耦合镜组件的结构示意图；
图3为光纤插接及冷却组件的结构示意图；
图4为图3的A-A向剖视示意图；
图5为夹持定位组件的结构示意图。
图中：1、耦合镜锁紧圈；2、右凸透镜；3、第一镜间隔圈；4、凹透镜；5、第二镜间隔圈；6、左凸透镜；7、耦合镜筒；8、插接锁紧螺母；9、插接冷却器；10、冷却通道；11、定位锁紧螺母；12、夹持器；13、套筒；14、定位器；15、光纤；16、插接冷却器凸台；17、第一圆柱体冷却通道；18.第二圆柱体冷却通道；19.第三圆柱体冷却通道；20、夹持器凸台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所提供的一种大功率光纤激光耦合器作进一步详细说明。
如图1所示，一种大功率光纤激光耦合器，它包括耦合镜组件、与耦合镜组件连接的光纤插接及冷却组件、位于插接组件内的光纤夹持定位组件和位于光纤夹持定位组件内的光纤15。耦合镜组件包括耦合镜筒7和位于耦合镜筒7内的耦合镜锁紧圈1、右凸透镜2、第一镜间隔圈3、凹透镜4、第二镜间隔圈5和左凸透镜6，凹透镜4位于右凸透镜2和左凸透镜6之间。光纤插接及冷却组件包括插接冷却器9和插接锁紧螺母8，耦合镜筒7通过插接锁紧螺母8与插接冷却器9。
如图1和图2所示，在耦合镜筒7的腔体的后端依次安装左凸透镜6、第二镜间隔圈5、凹透镜4、第一镜间隔圈3和右凸透镜2，并借助于位于右凸透镜2的外侧、与耦合镜筒7内壁螺纹连接的耦合镜锁紧圈1固定。
右凸透镜2的另一侧与凹透镜4之间设有第一镜间隔圈3，凹透镜4与左凸透镜6的一侧之间设有第二镜间隔圈5，左凸透镜6的一侧压在耦合镜筒7内部凸台的侧面上。
如图1、图3和图4所示，插接冷却器9为沿其轴线开有腔体、以轴线为对称轴开设冷却通道10的插接端盖结构。以插接冷却器9的轴线为对称轴，冷却通道10包括两个第一圆柱体冷却通道17、两个第二圆柱体冷却通道18、两个第三圆柱体冷却通道19和一个环形通道21。两个第一圆柱体冷却通道17以插接冷却器9的轴线为对称轴对称分布，两个第二圆柱体冷却通道18以插接冷却器9的轴线为对称轴对称分布，两个第三圆柱体冷却通道19以插接冷却器9的轴线为对称轴对称分布。第一圆柱体冷却通道17与第三圆柱体冷却通道19平行两者通过与其垂直的第二圆柱体冷却通道18连通，两个第三圆柱体冷却通道19通过环形通道21连通。插接冷却器9的一端插入耦合镜筒7的腔体内。插接锁紧螺母8套在插接冷却器9的插接冷却器凸台16和耦合镜筒7外，且锁紧螺母8与耦合镜筒7之间通过螺纹连接。
如图1和图5所示光纤夹持定位组件包括定位锁紧螺母11、夹持器12、套筒13和定位器14，套筒13的一端外套有夹持器12，套筒13的另一端外套有定位器14，光纤15位于套筒13内、且光纤15的两端悬置在夹持器12和定位器14外部。装配后的光纤夹持定位组件的一端插入插接冷却器9的腔体内。夹持器12通过定位锁紧螺母11与插接冷却器9固定连接。定位锁紧螺母11内侧与夹持器12的夹持器凸台20外侧贴合，定位锁紧螺母11与插接冷却器9之间通过螺纹连接。夹持器12为三爪夹持器。
耦合镜组件由三片球面2、4、6透镜构成，组成“正-负-正”的三片式聚焦镜组。对小视场角准直输入的泵浦光或信号光的聚焦具有极小的像差主要指球差和慧差。镜间隔圈3、5用于保证耦合镜组中各片透镜2、4、6的中心距。各镜片2、4、6的外圆、镜间隔圈3、5的外圆与耦合镜筒7内圆柱保持紧间隙配合，用于保证个镜片的和镜间隔圈3、5的径向定位。耦合镜筒内7凸台的侧面为耦合镜组定位面，锁紧圈1的外圆上的螺纹与耦合镜筒7内的内螺纹构成螺纹副，保证耦合镜组在耦合镜筒7中的定位。耦合镜筒7的左侧端面为定位面，其附近外圆上具有外螺纹，用于与光纤插接及冷却组件上的插接锁紧螺母8组成螺纹副，用于保证光纤插接及冷却组件的凸台16内侧定位面能与耦合镜组定位面紧密接触。
光纤插接及冷却组件凸台16的右侧定位面为定位面。插接锁紧螺母压在该台阶上。装配时，耦合镜筒7的内圆柱面和光纤插接及冷却组件的最小外圆柱面之间的紧间隙配合保证两者中轴线的对准。插接锁紧螺母8将光纤插接及冷却组件的定位面紧压在耦合镜组件的定位面上，保证光纤插接及冷却组件的轴向定位。
定位器14外圆面和夹持器12外圆面与光纤插接及冷却组件的内圆柱面紧间隙配合，用于光纤夹持定位组件的径向定位。定位器14端面中心有小孔，孔径与无涂覆层的裸光纤形成紧间隙配合，用于光纤的径向定位。压在夹持器12台阶上的定位锁紧螺母11将使定位器14的定位端面光纤插接及冷却组件的内部凸台内侧面紧密接触，用于光纤夹持定位组件的轴向定位，
下面结合图1描述本发明所提供的一种大功率光纤激光耦合器工作原理：光依次通过右凸透镜2、凹透镜4和左凸透镜6聚焦后在光纤15上形成小像差光斑，通过光纤15将聚焦后的光传输给激光器。同时，冷却水依次流经冷却通道10的一个第一圆柱体冷却通道17、第二圆柱体冷却通道18、第三圆柱体冷却通道19和环形通道21，再流经冷却通道10的另一个第三圆柱体冷却通道19、第二圆柱体冷却通道18和第一圆柱体冷却通道17，冷却水从冷却通道10的另一个第一圆柱体冷却通道17流出。
Claims (6)
1.一种大功率光纤激光耦合器，它包括耦合镜组件、与耦合镜组件连接的光纤插接及冷却组件、光纤夹持定位组件和位于光纤夹持定位组件内的光纤(15)，耦合镜组件包括耦合镜筒(7)和位于耦合镜筒(7)一端腔体内的透镜，光纤插接及冷却组件包括插接冷却器(9)和插接锁紧螺母(8)，插接冷却器(9)插入耦合镜筒(7)另一端的腔体内，耦合镜筒(7)通过插接锁紧螺母(8)与插接冷却器(9)连接，其特征在于：所述的光纤夹持定位组件插接在插接冷却器(9)的腔体内，所述的透镜包括右凸透镜(2)、左凸透镜(6)以及位于右凸透镜(2)与左凸透镜(6)之间的凹透镜(4)。
2.根据权利要求1所述的一种大功率光纤激光耦合器，其特征在于：所述的光纤夹持定位组件包括定位锁紧螺母(11)、夹持器(12)、套筒(13)和定位器(14)，套筒(13)的一端外套有夹持器(12)，套筒(13)的另一端外套有定位器(14)，光纤(15)位于套筒(13)内、且光纤(15)的两端悬置在夹持器(12)和定位器(14)外部，夹持器(12)通过定位锁紧螺母(11)与插接冷却器(9)固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种大功率光纤激光耦合器，其特征在于：所述的右凸透镜(2)与凹透镜(4)之间、以及凹透镜(4)与左凸透镜(6)之间均设有镜间隔圈，右凸透镜(2)、凹透镜(4)和左凸透镜(6)通过位于右凸透镜(2)外侧的耦合镜锁紧圈(1)固定在耦合镜筒(7)腔体内。
4.根据权利要求1或2所述的一种大功率光纤激光耦合器，其特征在于：所述的插接冷却器(9)沿其轴线开有腔体，插接冷却器(9)的壳体上以其轴线为对称轴开设冷却通道(10)。
5.根据权利要求4所述的一种大功率光纤激光耦合器，其特征在于：所述的冷却通道(10)包括两个第一圆柱体冷却通道(17)、两个第二圆柱体冷却通道(18)、两个第三圆柱体冷却通道(19)和一个环形通道(21)，两个第一圆柱体冷却通道(17)之间、两个第二圆柱体冷却通道(18)之间、两个第三圆柱体冷却通道(19)之间均以插接冷却器(9)的轴线为对称轴对称分布，第一圆柱体冷却通道(17)与第三圆柱体冷却通道(19)平行，两者通过与其垂直的第二圆柱体冷却通道(18)连通，两个第三圆柱体冷却通道(19)通过环形通道(21)连通。
6.根据权利要求4所述的一种大功率光纤激光耦合器，其特征在于：所述的插接冷却器(9)与耦合镜筒(7)通过插接锁紧螺母(8)固定连接，插接锁紧螺母(8)套在插接冷却器(9)的插接冷却器凸台(16)外。
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