CN109001863A - 一种环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法，它包括激光产生器、激光整形装置和激光汇聚件，所述激光整形装置用于使束状激光变成环状激光，在所述激光整形装置与所述激光汇聚件之间放置端帽，所述激光汇聚件用于将环状激光反射并聚焦至端帽与光纤熔接的端面上，所述激光汇聚件设有用于光纤穿过的通孔；本发明将束状激光通过圆锥反射镜和圆台反射镜的配合作用下，形成与束状激光平行的环状激光，再经圆台汇聚反射镜的反射并聚焦作用，在端帽与光纤熔接的端面上形成环形光斑，利用环形光斑对光纤及端帽进行加热，重点是光纤不会与遮挡住激光，避免光纤受到激光的伤害，保证光纤的质量，采用一束激光完成光纤端帽的熔接，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法。
背景技术
随着高功率固体激光、光纤激光的发展，以及高功率半导体激光光束质量的不断改善，高功率传能光纤的需求将会日益增加。高功率传能光纤是光纤耦合输出固体激光器及光纤激光必备器件，高功率传能光纤制作中的核心技术是光纤端帽的熔接，所以大尺寸阶梯型光纤端帽熔接装置开发有很大的实用意义。
然而，目前常见熔接光纤端帽的方法是采用上火法和放电法，但无论上火法还是放电法均不好控制，容易导致熔接效果不均匀等，操作不方便。随着熔接光纤端帽技术的发展，采用二氧化碳激光器作为加热热源成为端帽熔接技术的主要方式之一，但需要多束激光才形成加热闭环，需要多个二氧化碳激光器，导致成本较高。而且现有的方法中激光在通过透镜聚焦后会触碰到光纤，由于光纤芯径很细，导致光纤受到损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种环形光斑熔接光纤端帽的装置及其方法。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，包括激光发生器，用于产生束状激光，沿光路依次还包括激光整形装置和激光汇聚件；所述激光整形装置用于使束状激光变成环状激光，在所述激光整形装置与所述激光汇聚件之间放置端帽，所述激光汇聚件用于将环状激光反射并聚焦至端帽与光纤熔接的端面上，所述激光汇聚件设有用于光纤穿过的通孔。
其中，所述激光整形装置包括圆锥反射镜和圆台反射镜，所述圆锥反射镜采用外表面反射式结构，所述圆台反射镜采用内表面反射式结构，所述圆锥发射镜设于所述圆台反射镜内，所述圆锥反射镜、圆台反射镜的凸面均朝向所述激光发生器。
其中，所述圆锥反射镜的锥角在30°到150°之间。
其中，所述圆锥反射镜的锥角为90°。
其中，所述圆台反射镜的中心与束状激光处于同一直线上。
其中，所述激光汇聚件采用圆台汇聚反射镜，所述圆台汇聚反射镜的凸面背向所述激光发生器。
其中，还包括第一图像探测器、第二图像探测器、第三图像探测器和观察反射镜，所述第一图像探测器与观察反射镜配合用于观察光纤与端帽的中心位置，所述第二图像探测器用于观察并判断光纤与端帽的距离位置，所述第三图像探测器用于观察端帽熔接情况。
其中，所述激光发生器为二氧化碳激光器。
应用上述所述装置的一种环形光斑熔接光纤端帽的方法，包括如下步骤：
a、将激光发生器对准激光整形装置，并发射出束状激光；
b、束状激光向前传递至激光整形装置后，束状激光在激光整形装置内经过散射、反射后向前发出环状激光，环状激光的传递方向与束状激光的传递方向相同；
c、环状激光向前传递至激光汇聚件上，环状激光被激光汇聚件反射并聚焦至端帽与光纤熔接的端面，并在端帽与光纤熔接的端面上形成环形光斑；
d、将待熔接的光纤沿束状激光相反的方向穿过圆台汇聚反射镜，并与端帽对齐，使光纤与环形光斑的中心处于同一直线上，即环形光斑处于光纤的周围，然后利用环形光斑进行端帽与光纤的熔接。
其中，所述激光整形装置包括圆锥反射镜和圆台反射镜，所述激光汇聚件为圆台汇聚反射镜；其中，束状激光向前传递至圆锥反射镜后，束状激光在圆锥反射镜的凸面上发生360度散射，形成散状激光，散状激光散射至圆台反射镜后，被圆台反射镜反射并向前传递，形成环状激光，环状激光向前传递至圆台汇聚反射镜上进行反射及聚焦。
本发明的有益效果为：采用本发明中的装置及方法，束状激光通过圆锥反射镜和圆台反射镜的配合作用下，形成与束状激光平行的环状激光，再经圆台汇聚反射镜的反射并聚焦作用，在端帽与光纤熔接的端面上形成环形光斑，利用环形光斑对光纤及端帽进行加热；同时采用本发明中的装置及方法，激光的热量传输距离小且能集中在光纤的周围，即能均匀地加热端帽与光纤，重点是光纤不会与遮挡住激光，避免光纤受到激光的伤害，保证光纤的质量，采用一束激光完成光纤端帽的熔接，节约成本。
附图说明
图1是本发明的结构及光路示意图；
图2是使用本发明熔接光纤端帽时的示意图；
附图标记说明：1-圆锥反射镜；2-圆台反射镜；3-观察反射镜；4-圆台汇聚反射镜；5-端帽；6-第一图像探测器；7-第二图像探测器；8-第三图像探测器；9-光纤。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1至图2所示，本实施例所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，包括激光发生器（图中并未显示），用于产生束状激光，沿光路依次还包括激光整形装置和激光汇聚件；所述激光整形装置用于使束状激光变成环状激光，在所述激光整形装置与所述激光汇聚件之间放置端帽5，所述激光汇聚件用于将环状激光反射并聚焦至端帽5与光纤9熔接的端面上，所述激光汇聚件设有用于光纤9穿过的通孔；所述激光发生器产生的束状激光经所述激光整形装置形成环状激光，然后经所述激光汇聚件在端帽5与光纤9焊接面上形成环形光斑；优选地，所述激光发生器采用二氧化碳激光器；具体地，二氧化碳激光器产生的激光反射至激光整形装置上，经过激光整形装置的反射作用，使束状激光形成环状激光，并向前传递至激光汇聚件上，经过激光汇聚件的作用，环状激光被反射并聚焦至端帽5上，并在端帽5与光纤9熔接的端面上形成圆环形光斑，利用环形光斑进行端帽5与光纤9熔接。
本实施例中，所述激光整形装置包括圆锥反射镜1和圆台反射镜2，所述圆锥反射镜1采用外表面反射式结构，所述圆台反射镜2采用内表面反射式结构，所述圆锥发射镜设于所述圆台反射镜2内，所述圆锥反射镜1、圆台反射镜2的凸面均朝向所述激光发生器；本实施例中，所述圆锥反射镜1的锥角在30°到150°之间；优选地，所述圆锥反射镜1的锥角为90°，使二氧化碳激光器射出的束状激光以反射角90°散射出，并散射出至圆台反射镜2上；所述圆台反射镜2的中心与激光处于同一直线上，所述圆锥反射镜1散射出的散射激光被所述圆台反射镜2的反射出向前传递的环状激光。
本实施例中，所述激光汇聚件采用圆台汇聚反射镜4，所述圆台汇聚反射镜4的凸面背向所述激光发生器，所述圆台汇聚反射镜4设有通孔，从圆台反射镜2反射的环状激光向前传递至所述圆台汇聚反射镜4内，经过所述圆台汇聚反射镜4的反射并聚焦至端帽5上，并在端帽5与光纤9熔接的端面上形成环形光斑。
本实施例中，还包括第一图像探测器6、第二图像探测器7、第三图像探测器8和观察反射镜3，所述第一图像探测器6与观察反射镜3配合用于观察光纤9与端帽5的中心位置，所述第二图像探测器7用于观察并判断光纤9与端帽5的距离位置，所述第三图像探测器8用于观察端帽5熔接情况；具体地，所述第一图像探测器6、第二图像探测器7、第三图像探测器8可以是CCD、CMOS、数码照相机或摄像机。
如图1至图2所示，本实施例应用上述所述装置的一种环形光斑熔接光纤端帽的方法，包括如下步骤：
a、将激光发生器对准激光整形装置，并发射出束状激光；
b、束状激光向前传递至激光整形装置后，束状激光在激光整形装置内经过散射、反射后向前发出环状激光，环状激光的传递方向与束状激光的传递方向相同；
c、环状激光向前传递至激光汇聚件上，环状激光被激光汇聚件反射并聚焦至端帽5与光纤9熔接的端面，并在端帽5与光纤9熔接的端面上形成环形光斑；
d、将待熔接的光纤9沿束状激光相反的方向穿过圆台汇聚反射镜4，并与端帽5对齐，使光纤9与环形光斑的中心处于同一直线上，即环形光斑处于光纤9的周围，然后利用环形光斑进行端帽5与光纤9的熔接。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述激光整形装置包括圆锥反射镜1和圆台反射镜2，所述激光汇聚件为圆台汇聚反射镜4；其中，束状激光向前传递至圆锥反射镜1后，束状激光在圆锥反射镜1的凸面上发生360度散射，形成散状激光，散状激光散射至圆台反射镜2后，被圆台反射镜2反射并向前传递，形成环状激光，环状激光向前传递至圆台汇聚反射镜4上进行反射及聚焦。
本实施例所述的方法，当环状激光中有一束中心光束时，中心光束被圆台汇聚反射镜4反射后，发生180度的反射，在圆台汇聚反射镜4的焦点之前，此中心光束不会与环状激光圆环上的激光束相交，当光纤9沿着这条中心光束反射路径移动至圆台汇聚反射镜4的焦点之前，光纤9不会遮挡其他激光束的光路。
本实施例中，为了达到更好的熔接效果，可以通过移动端帽5或圆台汇聚反射镜4的位置进行调节加热光斑的面积大小，操作简单便捷。
采用本实施例中的装置及方法，束状激光通过圆锥反射镜1和圆台反射镜2的配合作用下，形成与束状激光平行的环状激光，再经圆台汇聚反射镜4的反射并聚焦作用，在端帽5与光纤9熔接的端面上形成环形光斑，利用环形光斑对光纤9及端帽5进行加热；同时采用本实施例中的装置及方法，激光的热量传输距离小且能集中在光纤9的周围，即能均匀地加热端帽5与光纤9，重点是光纤9不会遮挡住激光，避免光纤9受到激光的伤害，保证光纤9的质量，采用一束激光完成光纤9端帽5的熔接，节约成本。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，包括激光发生器，用于产生束状激光，其特征在于：沿光路依次还包括激光整形装置和激光汇聚件；所述激光整形装置用于使束状激光变成环状激光，在所述激光整形装置与所述激光汇聚件之间放置端帽（5），所述激光汇聚件用于将环状激光反射并聚焦至端帽（5）与光纤（9）熔接的端面上，所述激光汇聚件设有用于光纤（9）穿过的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述激光整形装置包括圆锥反射镜（1）和圆台反射镜（2），所述圆锥反射镜（1）采用外表面反射式结构，所述圆台反射镜（2）采用内表面反射式结构，所述圆锥发射镜设于所述圆台反射镜（2）内，所述圆锥反射镜（1）、圆台反射镜（2）的凸面均朝向所述激光发生器。
3.根据权利要求2所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述圆锥反射镜（1）的锥角在30°到150°之间。
4.根据权利要求3所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述圆锥反射镜（1）的锥角为90°。
5.根据权利要求3所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述圆台反射镜（2）的中心与束状激光处于同一直线上。
6.根据权利要求5所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述激光汇聚件采用圆台汇聚反射镜（4），所述圆台汇聚反射镜（4）的凸面背向所述激光发生器。
7.根据权利要求1所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：还包括第一图像探测器（6）、第二图像探测器（7）、第三图像探测器（8）和观察反射镜（3），所述第一图像探测器（6）与观察反射镜（3）配合用于观察光纤（9）与端帽（5）的中心位置，所述第二图像探测器（7）用于观察并判断光纤（9）与端帽（5）的距离位置，所述第三图像探测器（8）用于观察端帽（5）熔接情况。
8.根据权利要求1所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的装置，其特征在于：所述激光发生器为二氧化碳激光器。
9.应用上述所述装置的一种环形光斑熔接光纤端帽的方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、将激光发生器对准激光整形装置，并发射出束状激光；
b、束状激光向前传递至激光整形装置后，束状激光在激光整形装置内经过散射、反射后向前发出环状激光，环状激光的传递方向与束状激光的传递方向相同；
c、环状激光向前传递至激光汇聚件上，环状激光被激光汇聚件反射并聚焦至端帽（5）与光纤（9）熔接的端面，并在端帽（5）与光纤（9）熔接的端面上形成环形光斑；
d、将待熔接的光纤（9）沿束状激光相反的方向穿过圆台汇聚反射镜（4），并与端帽（5）对齐，使光纤（9）与环形光斑的中心处于同一直线上，即环形光斑处于光纤（9）的周围，然后利用环形光斑进行端帽（5）与光纤（9）的熔接。
10.根据权利要求9所述的一种环形光斑熔接光纤端帽的方法，其特征在于：所述激光整形装置包括圆锥反射镜（1）和圆台反射镜（2），所述激光汇聚件为圆台汇聚反射镜（4）；其中，束状激光向前传递至圆锥反射镜（1）后，束状激光在圆锥反射镜（1）的凸面上发生360度散射，形成散状激光，散状激光散射至圆台反射镜（2）后，被圆台反射镜（2）反射并向前传递，形成环状激光，环状激光向前传递至圆台汇聚反射镜（4）上进行反射及聚焦。
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