CN109188608B - 一种激光传能跳线及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤激光器技术领域，公开了一种激光传能跳线及其制作方法，该激光传能跳线包括：传能光纤和端帽；所述传能光纤靠近输出端的外壁上设有包含多层石墨烯的滤模层，在所述传能光纤的输出端设有切口，所述传能光纤通过所述切口熔接在所述端帽上。本发明提供的激光传能跳线通过在传能光纤靠近输出端的外壁设置生长有多层石墨烯的滤模层，并将传能光纤通过切口熔接在端帽上。在增加传能光纤的输出端强度的同时，该激光传能跳线也可以对包层光进行有效滤除，增强了传能光纤的输出端的散热能力，同时避免了循环冷水中的杂质附着在传能光纤的裸纤表面，解决了传能光纤的输出端剧烈发热易于损坏的问题。

Description

一种激光传能跳线及其制作方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种激光传能跳线及其制作方法。

背景技术

光纤激光器因为其较好的光束质量，低维护成本，高转换效率等优势，在近些年在市场上所占的份额越来越大，也使得其在工业加工，医疗，科学研究，国防等领域有着广泛应用。高能激光传能跳线是光纤激光器的一个重要组成部分，作为激光器输出激光与外部加工设备之间的传导媒介，其相对于激光器本身其他器件更容易受到外界环境的影响，因而也更容易受到损坏。在传能光纤的端面因为较高的功率密度和较强的反射光，极易受到损坏，因此一般不直接使用光纤作为输出端头。实际中，如图1所示，需要在传能光纤的端头熔接一个较粗的熔融石英棒，即端帽，端帽的另外一端通过镀防反膜，这样既可以降低输出端面的功率密度，亦可以抑制端面反射。

因为传能光纤与端帽直接具有非常大的直径差，使得其在熔接、封装是具有较大的难度，同时因为传能光纤在与端帽熔接前，需要对其末端去除涂覆层，这样进一步降低的传能光纤末端的强度。此外，因为在实际使用中，受到残余泵浦光，弯曲造成的包层激光、回返激光等包层光的影响，在传能光纤的输出端还需要增加水冷装置，用于降低光纤末端的温度。但水冷装置的引入，也会造成包层激光被冷却水中的杂质吸收，使得传能光纤的输出端的某些位置会存在剧烈发热的问题，使得输出跳线受到严重损伤。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种激光传能跳线及其制作方法，以解决传能光纤的输出端强度较低，输出端剧烈发热易于损坏的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种激光传能跳线，包括：传能光纤和端帽；所述传能光纤靠近输出端的外壁上设有包含多层石墨烯的滤模层，在所述传能光纤的输出端设有切口，所述传能光纤通过所述切口熔接在所述端帽上。

进一步地，所述传能光纤靠近输入端的外壁上套设有涂覆层，所述涂覆层与所述滤模层间隔设置。

进一步地，在所述传能光纤外壁靠近输出端的位置设有一段腐蚀区域，所述滤模层设置在所述腐蚀区域上。

为解决上述问题，本发明还提供一种激光传能跳线的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：在传能光纤靠近输出端的外壁生长包含多层石墨烯的滤模层；在所述传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口；将所述传能光纤的切口与端帽进行熔接。

进一步地，所述将所述传能光纤的切口与端帽进行熔接的步骤之后还包括：将所述传能光纤和所述端帽进行机械封装。

进一步地，所述在传能光纤靠近输出端的外壁生长包含多层石墨烯的滤模层的步骤之前还包括：去除所述传能光纤靠近输出端的外壁上的涂覆层；将部分所述传能光纤靠近输出端的外壁进行腐蚀处理，在所述传能光纤靠近输出端的外壁生成一段腐蚀区域；所述在传能光纤靠近输出端的外壁生长包含多层石墨烯的滤模层的步骤具体包括：利用化学气相沉淀，在所述腐蚀区域生长多层所述石墨烯，形成所述滤模层。

进一步地，所述在所述传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口的步骤具体包括：在所述传能光纤靠近输出端的外壁上确认切割点，沿所述传能光纤的输出端的径向并通过所述切割点进行切割，在所述传能光纤上得到光滑平整的切口。

为解决上述问题，本发明还提供一种激光传能跳线的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：在传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口；将所述传能光纤上的切口与端帽进行熔接；在所述传能光纤靠近切口的外壁上生长包含多层石墨烯的滤模层。

进一步地，所述将所述传能光纤上的切口与端帽进行熔接的步骤之后，所述在所述传能光纤靠近切口的外壁上生长包含多层石墨烯的滤模层的步骤之前还包括子步骤：在所述传能光纤靠近切口的外壁进行腐蚀处理，在所述传能光纤靠近切口的外壁生成一段腐蚀区域；所述在所述传能光纤靠近切口的外壁上生长包含多层石墨烯的滤模层的步骤具体包括：利用化学气相沉淀，在所述腐蚀区域生长多层所述石墨烯，形成所述滤模层。

进一步地，所述在传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口的步骤具体包括：在所述传能光纤靠近输出端的外壁上确认切割点，沿所述传能光纤的输出端的径向并在所述切割点处进行切割，在所述传能光纤上得到光滑平整的切口。

(三)有益效果

本发明提供一种激光传能跳线及其制作方法，通过在传能光纤靠近输出端的外壁设置有包含多层石墨烯的滤模层，并将传能光纤通过切口熔接在端帽上。该激光传能跳线包括：传能光纤和端帽；传能光纤靠近输出端的外壁上设有包含多层石墨烯的滤模层，在传能光纤的输出端设有切口，传能光纤通过切口熔接在端帽上。本发明提供的激光传能跳线在增加传能光纤的输出端强度的同时，该激光传能跳线也可以对包层光进行有效滤除，增强了传能光纤的输出端的散热能力，同时避免了循环冷水中的杂质附着在传能光纤的裸纤表面，解决了传能光纤的输出端剧烈发热易于损坏的问题。

附图说明

图1是现有技术中激光传能跳线的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中提供的激光传能跳线的结构示意图；

图3是本发明优选实施例中提供的激光传能跳线的制作方法的流程示意图；

图4是本发明优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图一；

图5是本发明优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图二；

图6是本发明优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图三；

图7是本发明优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图四；

图8是本发明另一优选实施例中提供的激光传能跳线的制作方法的流程示意图；

其中，1：传能光纤；2：端帽；3：滤模层；4：涂覆层；11：切口；12：腐蚀区域。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种激光传能跳线，如图2所示，该激光传能跳线包括：传能光纤1和端帽2。传能光纤1靠近输出端的外壁生长有包含多层石墨烯的滤模层3，且传能光纤1的输出端设有切口11，传能光纤1通过切口11熔接在端帽2上。

其中，如图4所示，传能光纤1靠近输出端的位置设有一段腐蚀区域12，滤模层3设置在腐蚀区域12上，以形成包含多层石墨烯的滤模层3。

本实施例中，将石墨烯生长在传能光纤1的输出端作为滤模层3，主要基于以下四个原因：1、石墨烯具有很强的高透光性和高折射率，当石墨烯生长在传能光纤1表面时，可以较容易的诱导包层光向石墨烯层传输，并散热到外界环境中。2、石墨烯单位面积与单位体积的比例极大，使其具有很强的散热能力。在高能传能跳线中，滤模层3直接与冷却水接触，当石墨烯吸收部分包层激光并发热时，并同时以较快的速度将转换的热量传递到冷却水中，因此不容易产生热积累。3、石墨烯具有非常好的疏水性。循环的冷却水中一般很容易产生各种有机无机杂质，而这些杂质一旦与光纤接触，很容易附着在传能光纤1表面并吸收包层光，快速的发热并造成传能光纤1的破坏。而通过在传能光纤1表面生长石墨烯，利用石墨烯的疏水性，可以避免循环冷水中的杂质附着在传能光纤1的裸纤表面。4、石墨烯因其特殊的结构性，使其具有超强的抗拉强度。现有的端帽2与传能光纤1熔接点较为脆弱，也是最容易发生断裂的部位。当将石墨烯集成到传能光纤1与端帽2熔接点附近时，可以在一定程度上增加该点处的强度。

本实施例中，为避免传能光纤1直接与外界接触，增强传能光纤1的抗腐蚀抗氧化能力，传能光纤1的输入端套设有涂覆层4，由于传能光纤1的输出端温度较高，为避免涂覆层4在传能光纤1上受高温氧化，涂覆层4与滤模层3间隔设置，沿传能光纤1的径向间隔有预设距离，该预设距离可根据激光输出功率进行调整。

本发明实施例提供一种激光传能跳线，通过在传能光纤1靠近输出端的外壁设置有包含多层石墨烯的滤模层3，并将传能光纤1通过切口熔接在端帽2上。该激光传能跳线包括：传能光纤1和端帽2；传能光纤1靠近输出端的外壁设置有包含多层石墨烯的滤模层3，且传能光纤1的输出端设有切口11，传能光纤1通过切口11熔接在端帽2上。本发明提供的激光传能跳线在增加传能光纤的输出端强度的同时，该激光传能跳线也可以对包层光进行有效滤除，增强了传能光纤1的输出端的散热能力，同时避免了循环冷水中的杂质附着在传能光纤1的裸纤表面，解决了传能光纤1的输出端剧烈发热易于损坏的问题。

本发明实施例还提供一种激光传能跳线的制作方法，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S301：在传能光纤1靠近输出端的外壁生长包含多层石墨烯的滤模层3。

其中，如图4所示，步骤S301之前，即生长石墨烯之前，需先去除传能光纤1靠近输出端的外壁上的涂覆层4，将部分传能光纤1靠近输出端的外壁进行腐蚀处理，在传能光纤1的输出端的外壁生成一段腐蚀区域12。其中，腐蚀区域12的腐蚀深度根据不同激光器种类和用法的不同可进行调整，激发出的包层光能量越高，腐蚀深度越深，但腐蚀部分不能影响到传能光纤1纤芯的结构和折射率。

接下来，如图5所示，利用化学气相沉淀，在腐蚀区域12生长多层石墨烯，形成滤模层3，生长的方法为热化学气相沉积法(CVD，thermal chemical vapor deposition)，但不仅限于该方法。但生长石墨烯的方法必须保证石墨烯与传能光纤1有着良好的结合度，避免在后期使用中，由于弯曲和水冷水的冲击，使得石墨烯脱落，影响剥模效率。

步骤S302：在传能光纤1靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口11。

具体地，如图5和图6所示，在传能光纤1靠近输出端的外壁上确认切割点，沿传能光纤1的输出端的径向并通过切割点进行切割，在传能光纤1上得到光滑平整的切口11。

步骤S303：将传能光纤1的切口11与端帽2进行熔接。

其中，如图7所示，切口11可通过二氧化碳激光及石墨加热的方式熔接在端帽2上，将集成石墨烯后的传能光纤1与2mm端帽2熔接，可以的熔接方法包括电极放电，二氧化碳激光，以及石墨加热熔接。在熔接过程中需要保证加热范围不超过500μm，避免高温熔接时使得生长的石墨烯被破坏。此外，该方法制作的集成石墨烯后的传能光纤1不仅限于与2mm端帽2熔接，同样可以与其他型号端帽2熔接。

熔接结束后，如图2或图7所示，该激光传能跳线包括：传能光纤1和端帽2。传能光纤靠近输出端的外壁上设有包含多层石墨烯的滤模层3，且传能光纤1的输出端设有切口11，传能光纤1通过切口11熔接在端帽2上。最后再将传能光纤1和端帽2进行机械封装，即完成激光传能跳线的制作。

本发明实施例提供一种激光传能跳线的制作方法，通过在传能光纤1靠近输出端的外壁设置有包含多层石墨烯的滤模层3，并将传能光纤1通过切口熔接在端帽2上。该激光传能跳线包括：传能光纤1和端帽2；传能光纤1靠近输出端的外壁设置有包含多层石墨烯的滤模层3，且传能光纤1的输出端设有切口11，传能光纤1通过切口11熔接在端帽2上。本发明提供的激光传能跳线在增加传能光纤的输出端强度的同时，该激光传能跳线也可以对包层光进行有效滤除，增强了传能光纤1的输出端的散热能力，同时避免了循环冷水中的杂质附着在传能光纤1的裸纤表面，解决了传能光纤1的输出端剧烈发热易于损坏的问题。

对于滤模层3要求更加严格，或者机械强度要求更大的高能传输跳线，参照上述附图，本发明还提供一种激光传能跳线，如图8所示，该方法包括如下步骤：

步骤S801：在传能光纤1靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口11。

在步骤S801之前，如图4所示，需先去除传能光纤1靠近输出端的外壁上的涂覆层4。

去除涂覆层4后，在传能光纤1靠近输出端的外壁上确认切割点，沿传能光纤1的输出端的径向并通过切割点进行切割，在传能光纤1上得到光滑平整的切口11。

接下来，将部分传能光纤1靠近切口11的外壁进行腐蚀处理，在传能光纤1靠近切口11的外壁生成一段腐蚀区域12。其中，腐蚀区域12的腐蚀深度根据不同激光器种类和用法的不同进行调整，激发出的包层光能量越高，腐蚀深度越深，但腐蚀部分不能影响到传能光纤1纤芯的结构和折射率。

步骤S802：将传能光纤1上的切口11与端帽2进行熔接。

腐蚀处理结束后，直接将传能光纤1上的切口11与端帽2进行熔接，切口11可通过二氧化碳激光及石墨加热的方式熔接在端帽2上，将集成石墨烯后的传能光纤1与2mm端帽2熔接，可以的熔接方法包括电极放电，二氧化碳激光，以及石墨加热熔接。在熔接过程中需要保证加热范围不超过500μm，避免高温熔接时使得生长的石墨烯被破坏。此外，该方法制作的集成石墨烯后的传能光纤1不仅限于与2mm端帽熔接，同样可以与其他型号端帽熔接。

步骤S803：在传能光纤1靠近切口11的外壁上生长包含多层石墨烯的滤模层3。

在熔接后利用化学气相沉淀，在传能光纤1靠近切口11的外壁上，即在腐蚀区域12利用化学气相沉淀，生长多层石墨烯，形成滤模层3，生长的方法为热化学气相沉积法，但不仅限于该方法。但生长石墨烯的方法必须保证石墨烯与传能光纤1有着良好的结合度，避免在后期使用中，由于弯曲和水冷水的冲击，使得石墨烯脱落，影响剥模效率。

生长石墨烯后，如图2或图7所示，该激光传能跳线包括：传能光纤1和端帽2。传能光纤靠近输出端的外壁上设有包含多层石墨烯的滤模层3，且传能光纤1的输出端设有切口11，传能光纤1通过切口11熔接在端帽2上。最后再将传能光纤1和端帽2进行机械封装，即完成激光传能跳线的制作。

区别于上述实施例，本发明实施例提供的方法，先将腐蚀处理后的传能光纤1与端帽2熔接，然后再生长石墨烯，以进一步增强滤模能力和传能光纤1的机械强度，使用该方法时，应注意端帽2连接处的熔点温度应该高于石墨烯的生长温度，一般为1000摄氏度。

本发明实施例提供一种激光传能跳线的制作方法，通过在传能光纤1靠近输出端的外壁设置有包含多层石墨烯的滤模层3，并将传能光纤1通过切口熔接在端帽2上。该激光传能跳线包括：传能光纤1和端帽2；传能光纤1靠近输出端的外壁设置有包含多层石墨烯的滤模层3，且传能光纤1的输出端设有切口11，传能光纤1通过切口11熔接在端帽2上。本发明提供的激光传能跳线在增加传能光纤的输出端强度的同时，该激光传能跳线也可以对包层光进行有效滤除，增强了传能光纤1的输出端的散热能力，同时避免了循环冷水中的杂质附着在传能光纤1的裸纤表面，解决了传能光纤1的输出端剧烈发热易于损坏的问题。

可以理解的是，本发明提供的激光传能跳线的制作方法中，各步骤也根据具体情形进行先后顺序的调整，仅需保证传能光纤1靠近输出端的外壁与端帽2连接处设有包含多层石墨烯的滤模层3即可。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种激光传能跳线，其特征在于，包括：

传能光纤和端帽；

所述传能光纤靠近输出端的外壁上设有包含多层石墨烯的滤模层，在所述传能光纤的输出端设有切口，所述传能光纤通过所述切口熔接在所述端帽上，在所述传能光纤外壁靠近输出端的位置设有一段腐蚀区域，所述滤模层设置在所述腐蚀区域上。

2.根据权利要求1所述的激光传能跳线，其特征在于，所述传能光纤靠近输入端的外壁上套设有涂覆层，所述涂覆层与所述滤模层间隔设置。

3.一种激光传能跳线的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：

去除传能光纤靠近输出端的外壁上的涂覆层；将部分所述传能光纤靠近输出端的外壁进行腐蚀处理，在所述传能光纤靠近输出端的外壁生成一段腐蚀区域；利用化学气相沉淀，在所述腐蚀区域生长多层石墨烯，形成滤模层；

在所述传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口；

将所述传能光纤的切口与端帽进行熔接。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述将所述传能光纤的切口与端帽进行熔接的步骤之后还包括：

将所述传能光纤和所述端帽进行机械封装。

5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述在所述传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口的步骤具体包括：

在所述传能光纤靠近输出端的外壁上确认切割点，沿所述传能光纤的输出端的径向并通过所述切割点进行切割，在所述传能光纤上得到光滑平整的切口。

6.一种激光传能跳线的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：

在传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口；

将所述传能光纤上的切口与端帽进行熔接；

在所述传能光纤靠近切口的外壁进行腐蚀处理，在所述传能光纤靠近切口的外壁生成一段腐蚀区域；利用化学气相沉淀，在所述腐蚀区域生长多层石墨烯，形成滤模层。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述在传能光纤靠近输出端的外壁上进行切割以形成切口的步骤具体包括：

在所述传能光纤靠近输出端的外壁上确认切割点，沿所述传能光纤的输出端的径向并在所述切割点处进行切割，在所述传能光纤上得到光滑平整的切口。