CN110045463A - 一种光纤熔接的连接件与方法 - Google Patents

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Abstract

一种光纤熔接的连接件与方法,其连接件包括光纤端帽和过渡环,能够实现不同类型光纤的熔接,尤其是用于高功率激光传输的实芯光纤和空芯光纤的熔接。采用光纤端帽技术将激光进行扩束,降低输出端面的功率密度,再于端帽的激光输出端面处引入过渡环,对端帽的激光输出端面进行增透膜处理,之后将过渡环同空芯光纤进行熔接。本发明能够实现空芯光纤与实芯光纤之间的高效熔接,解决现有光纤激光系统,尤其是高功率光纤激光系统与空芯光纤之间的连接匹配问题,方便激光远程柔性传输。

Description

一种光纤熔接的连接件与方法
技术领域
本发明涉及光纤技术领域,特别是一种光纤与光纤的熔接连接件与方法。
背景技术
近年来,光纤激光器因其高功率、高可靠性、高光束质量等优势在工业、医疗、科研、军事等领域具有广泛应用。不过随着光纤激光器输出功率的逐步提高,激光与介质材料相互作用引起的受激拉曼散射、受激布里渊散射、自相位调制等非线性效应问题以及热损伤对光纤激光器发展的制约作用也更加明显。制约作用在应用方面主要表现在难以找到合适介质对高功率激光进行远程传输,因为普通传输光纤在承载高功率激光时受非线性效应影响,同时极易造成端面损毁。
空芯光纤是远距离传输激光,尤其是高功率激光的理想选择。这一方面得益于光纤的先天优势,即易于集成和自由定制路径进行长距离传输,另一方面由于它将光束缚在空气芯中,为激光传输打造了一个类似自由空间的理想环境,从而具有很高的激光损伤阈值和极低的光学非线性,具备低损耗、低色散、低延时传输的潜力。
然而,在实际应用空芯光纤作为光纤激光器系统的远程柔性传输链路时,不可避免地要将空芯光纤与光纤激光器中的实芯光纤进行熔接,限于实芯光纤与空芯光纤的结构差异,往往导致两种光纤的熔接耦合困难。具体来说,由于目前光纤激光器的功率普遍较高(如目前商用的光纤激光器功率已突破万瓦级),而其中常用的双包层光纤的芯径一般只有几十微米,这使得纤芯中传输的功率密度很高,因此激光输出端面若直接面对空芯,将十分容易损坏,同时端面的反射回光也会对激光器造成破坏;此外,熔接时空芯光纤还存在着气孔塌缩和模场匹配问题需要考虑。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高功率激光输出的光纤与光纤的熔接方法与连接件,能够将不同类型的光纤进行熔接,尤其是空芯光纤和实芯光纤的熔接,能够提高实芯光纤端面损伤阈值,降低端面反射率,同时能保持空芯光纤的包层微结构完整和导光性能不变,尤其适用于空芯光纤匹配现有的高功率光纤激光系统用于高功率激光远程柔性传输。
本发明的具体技术解决方案如下:
一种光纤熔接连接件,特征在于包括光纤端帽(3)和过渡环(5),光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)与过渡环(5)连接。
所述光纤熔接连接件还可以包括增透膜(6)。
所述增透膜(6)镀在所述光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)上。
所述过渡环(5)熔接在光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)。
所述光纤端帽(3)的材质为玻璃,优选为石英。
所述过渡环(5)的材质为玻璃,优选为石英。
所述光纤端帽(3)、过渡环(5)中心对齐。
所述光纤熔接连接件可以用于实芯光纤与空芯光纤的熔接。
所述的实芯光纤是以固体玻璃材料为纤芯的光纤。
所述实芯光纤可以是双包层光纤。
所述空芯光纤是以气体介质为纤芯的光纤。
所述空芯光纤可以是光子带隙型空芯光纤、Kagome型空芯光纤或反谐振型空芯光纤。
本发明还提供了一种光纤熔接方法:激光输入端光纤(1)与光纤端帽(3)的激光输入端面(3-2)进行熔接,光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)与过渡环(5)熔接,过渡环(5)与激光输出端光纤(2)接触对接后进行熔接。
所述光纤熔接方法中,光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)上可以镀有增透膜(6)。
所述光纤熔接方法中,镀增透膜在将光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)与过渡环(5)熔接之后进行。
所述光纤熔接方法中,过渡环(5)与激光输出端光纤(2)的熔接在镀增透膜之后进行。
所述光纤熔接方法中,激光输入端光纤(1)、光纤端帽(3)、过渡环(5)和激光输出端光纤(2)中心对齐。
所述光纤熔接方法可用于实芯光纤与空芯光纤的熔接。
所述光纤熔接方法在进行实芯光纤和空芯光纤的熔接时,过渡环(5)的内径等于或近似等于空芯光纤芯径,外径不小于空芯光纤外径。实芯光纤的模场直径小于空芯光纤的模场直径,一般后者为前者的2-4倍,实芯光纤的出射激光经端帽扩束输出后,其模场直径与空芯光纤的模场直径相匹配。光纤端帽能够承受熔接的实芯光纤的激光输出功率。
与先前技术相比,本发明具有以下显著特点:
1、本发明能够将类型完全不同的光纤进行熔接,解决光纤之间的连接匹配问题,尤其是实现实芯与空芯光纤的熔接,能够提高实芯光纤端面损伤阈值,降低端面反射率,同时能保持空芯光纤的包层微结构完整和导光性能不变,尤其适用于空芯光纤匹配现有的高功率光纤激光系统用于高功率激光远程柔性传输。
2、本发明引入起过渡作用的过渡环,有效避免了熔接高温对增透膜的热损伤。
3、本发明连接件结构简单,熔接方法简单方便,容易实现,能使光纤高效熔接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1:本发明的光纤熔接连接件结构示意图;
图2:本发明的光纤熔接连接件结构示意图;
图3:空芯光纤与实芯光纤熔接示意图;
图4:双包层实芯光纤与无节点型反谐振空芯光纤熔接示意图;
图5:双包层实芯光纤与冰淇淋型反谐振空芯光纤熔接示意图。
1——激光输入端光纤;2——将输出端光纤;3——光纤端帽;3-1——光纤端帽的激光输出端面;
3-2——光纤端帽的激光输入端面;4——激光扩束光束;5——过渡环;6——增透膜。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1:请参照图4,图4为双包层实芯光纤与无节点型反谐振空芯光纤熔接示意图:激光输入端光纤1为双包层光纤,激光输出端光纤2为无节点型反谐振空芯光纤,过渡环5为石英环。
1)获取待熔接芯径为30μm的双包层光纤和芯径为70μm、裸纤直径为260μm的无节点型反谐振空芯光纤,对二者进行涂覆层剥除,然后采用光纤切割机切割,保证光纤端面的平整洁净。
2)将双包层光纤与光纤端帽3的激光输入端面3-2进行熔接,从而将双包层光纤纤芯中的高功率激光束进行扩束4,光束输出直径由约30μm扩散至60-65μm,降低激光功率密度,提高光纤对输出端面缺陷的容忍度。
3)将光纤端帽3的激光输出端面3-1对准并熔接内径为70μm,外径300μm的过渡环5,过渡环5为石英环,起过渡作用,避免熔接高温对增透膜6造成影响。
4)对光纤端帽3的激光输出端面3-2进行溅射镀增透膜6,降低端面反射。
5)将过渡环5与无节点型反谐振光纤2充分接触对接后采用CO2激光熔接机进行熔接。
实施例2:请参照图5,图5为双包层实芯光纤与冰淇淋型反谐振空芯光纤熔接示意图:激光输入端光纤1为双包层光纤,激光输出端光纤2为冰淇淋型反谐振空芯光纤熔接示意图,过渡环5为石英环。
1)获取待熔接的芯径为10μm的双包层光纤和芯径为36μm,裸纤直径为130μm的冰淇淋型反谐振空芯光纤,对二者进行涂覆层剥除,然后采用光纤切割机切割,保证光纤端面的平整洁净。
2)将双包层光纤的输出端面与光纤端帽3进行熔接,从而将双包层光纤纤芯中的高功率激光束进行扩束,如4所示,光束输出直径由约10μm扩散至30μm左右,降低激光功率密度,提高光纤对输出端面缺陷的容忍度。
3)将光纤端帽3的激光输出端对准并熔接内径为36μm,外径150μm的过渡环5,过渡环5为石英环,起过渡作用,避免熔接高温对所镀增透膜6造成影响。
4)对光纤端帽3的激光输出端面3-2进行溅射镀增透膜6,降低端面反射。
5)将过渡环5与冰淇淋型反谐振光纤充分接触对接后采用CO2激光熔接机进行熔接。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (11)

1.一种光纤熔接连接件,其特征在于,包括光纤端帽(3)和过渡环(5),光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)与过渡环(5)连接。
2.如权利要求1所述的光纤熔接连接件,其特征在于所述光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)上镀有增透膜(6)。
3.如权利要求1所述的光纤熔接连接件,其特征在于所述光纤端帽(3)和过渡环(5)的材质为玻璃。
4.如权利要求1所述的光纤熔接连接件,其特征在于用于实芯光纤与空芯光纤的熔接。
5.如权利要求4所述的光纤熔接连接件,其特征在于所述的实芯光纤是以固体玻璃材料为纤芯的光纤,所述的空芯光纤是以气体介质为纤芯的光纤。
6.一种光纤熔接方法,其特征在于,激光输入端光纤(1)与光纤端帽(3)的激光输入端面(3-2)进行熔接,光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)与过渡环(5)熔接,过渡环(5)与激光输出端光纤(2)接触对接后进行熔接。
7.如权利要求6所述的光纤熔接方法,其特征在于光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)上镀有增透膜(6)。
8.如权利要求7所述的光纤熔接方法,其特征在于镀增透膜在将光纤端帽(3)的激光输出端面(3-1)与过渡环(5)熔接之后进行。
9.种如权利要求6所述的光纤熔接方法,其特征在于激光输入端光纤(1)、光纤端帽(3)、过渡环(5)和激光输出端光纤(2)中心对齐。
10.如权利要求6-9任一所述的光纤熔接方法,其特征在于用于实芯光纤与空芯光纤的熔接。
11.如权利要求10所述的光纤熔接方法,其特征在于过渡环(5)的内径等于或近似等于空芯光纤芯径,外径不小于空芯光纤外径。
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