CN113809621A - 一种高功率连续光纤激光器及其中心光纤的处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于光纤激光器技术领域，涉及一种高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法。本申请提供的技术方案包括如下步骤：将正向合束器的中心光纤采用光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器，包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离；将经过包层光剥离器后的中心光纤熔接波分复用器；将波分复用器的信号光纤进行密封保护，波分复用器的红光光纤熔接红光二极管。将光纤激光器中心光纤激光进行衰减处理，充分地保护红光二极管，从而很好地保护了激光器指示红光，保证红光和信号光在不同通道，信号光传输光纤与红光传输的光纤互不干扰。本发明利用的光学器件体积很小，降低了制作难度和物料成本，为光纤激光器小型化、紧凑化提供了较好的基础。

Description

一种高功率连续光纤激光器及其中心光纤的处理方法

技术领域

本申请涉及光纤激光器技术领域，更具体的说，特别涉及一种高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法。

背景技术

基于全光纤结构的高功率掺镱光纤激光器，由于其光束质量、体积、重量、效率、散热、稳定性等方面均具有明显优点，在工业和军事领域均呈现出良好的应用前景，已经广泛应用于金属的切割、焊接、表面处理和3D打印等，例如不锈钢、铝、铜等材料。

高功率光纤激光器通常采用以下三种激光谐振腔结构：1、单端泵浦结构，只通过正向泵浦合束器或反向泵浦合束器，将多个单向泵浦激光二极管耦合进谐振腔；2、侧泵结构，通过采用GT－WAVE结构，泵浦光纤和增益光纤并到一起，多个泵浦激光二极管通过正反向合束器耦合进泵浦光纤，泵浦光被增益光纤吸收，自发辐射信号光在增益光纤和光栅之间谐振产生激光；3、双端泵浦结构，通过正反向两个泵浦合束器，将泵浦光通过对称或非对称结构从谐振腔两侧注入，这样增益光纤上泵浦光功率分布和温度均匀性明显改善。上述三种结构谐振腔都存在同样问题，信号光在高低反光栅之间谐振，低反光栅输出激光，虽然高反光栅反射率大于99％，但是由于带宽展宽导致会有一部分光从高反光栅一侧泄露，而该侧通常要连接红光LD，作为激光器的指示光。

目前市场上激光器处理方式为：1、将正向输出光纤耦合进半透半反镜装置，该透镜对900－1200nm高透，对600－700nm红光反射，这样从谐振腔高反光栅泄露的光直接透过半透半反镜，进入到装置内，以热量形式耗散掉，而红光通过耦合端口空间传输到半透半反镜表面，反射后进入中心光纤，然后进入谐振腔、QBH(光纤激光输出头)，这种方式的主要缺点：空间耦合装置成本高，中心光纤断面洁净度要求很高，装配内部洁净度和密封性要求很高，半透半反镜与红光LD之间角度要严格控制，否则容易烧坏端面，烧坏透镜，散热面积集中容易导致装置很热；2、将中心光纤熔接包层光剥离器，包层光剥离器光纤末端切割斜角对准吸收体，吸收体通过金属盖子密封，红光通过闲余合束器泵浦光纤耦合，作为指示光，主要缺点：中心光纤通过包层光剥离器后会剩余较多信号光，对光纤末端处理要求较高，不允许光纤端面有脏污和不平整，吸收体通过金属盖子保护，密封性很难做到很好，在恶略的现场环境中容易有灰尘进入导致烧毁；红光的处理要求泵浦合束器多一条闲余光纤，在功率极限情况下对合束器提出较高要求，成本会很高，同时红光的功率需要较大，增加了风险和成本。

综上可知，现有的光纤激光器的正向中心光纤处理均存在不合理之处，所以有必要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，可以将光纤激光器中心光纤激光进行衰减处理，充分地保护红光二极管，从而很好地保护了激光器指示红光，保证红光和信号光在不同通道，信号光传输光纤与红光传输的光纤互不干扰。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：

一种高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，包括如下步骤：

将正向合束器的中心光纤采用光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器，包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离；

将经过包层光剥离器后的中心光纤熔接波分复用器；

将波分复用器的信号光纤进行密封保护，波分复用器的红光光纤熔接红光二极管。

进一步地，所述将正向合束器的中心光纤采用光纤错位的方式熔接包层光剥离器，使包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

将正向合束器的中心光纤熔接比中心光纤芯径小或孔径小的第一光纤，利用中心光纤与第一光纤的芯径差或孔径差，将从中心光纤进入第一光纤的信号光泄露到第一光纤的包层中，使包层光剥离器对进入第一光纤的包层中的信号光进行剥离。

进一步地，所述将正向合束器的中心光纤采用盘绕的方式熔接包层光剥离器，使包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

将正向合束器的中心光纤盘绕形成第二光纤，将从中心光纤进入第二光纤的信号光泄露到第二光纤的包层中，使包层光剥离器对进入第二光纤的包层中的信号光进行剥离。

进一步地，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

采用自动化或半自动化剥纤工具去除光纤的涂覆层，清洁干净后上面覆盖同种或不同种的高折胶，剥除包层光；

采用激光器对包层进行刻蚀，刻蚀形状包括螺旋状、长度不同的矩形，隔离度大于15dB，包层光剥离器的模式剥离器承受50W以上连续激光，并且采用对称结构。

进一步地，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

采用自动化或半自动化剥纤工具去除光纤涂覆层，清洁干净后对光纤包层进行化学腐蚀，采用氢氟酸等化学物；

采用激光器对包层进行刻蚀，刻蚀形状包括螺旋状、长度不同的矩形，隔离度大于15dB。

进一步地，所述将波分复用器的信号光纤进行密封保护，波分复用器的红光光纤熔接红光二极管的步骤具体包括：

将波分复用器的信号光纤末端切割平角或斜角，通过工装将信号光纤穿入一端封头的玻璃管，通过胶水进行对玻璃管开口密封，以将信号光纤固定到密封空间。

进一步地，波分复用器采用1＊2方式，波分复用器输入一侧熔接包层光剥离器输出光纤，波分复用器输出一侧对1050－1090nm的信号光高透，包层光剥离器输出一侧对600－700nm的红光高透，波分复用器和包层光剥离器的输出光纤之间的隔离度大于20dB，波分复用器光纤芯径为4－200um，包层范围为125－300um。

进一步地，波分复用器的红光光纤对输入的1050－1090nm的信号光隔离，红光二极管的波长为600－700nm，红光二极管上镀有反射膜。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种高功率连续光纤激光器，采用了如下所述的技术方案：

一种高功率连续光纤激光器，包括正向合束器、包层光剥离器、波分复用器和红光二极管；

所述正向合束器的中心光纤采用光纤错位或盘绕的方式熔接于包层光剥离器上，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离，经过包层光剥离器后的中心光纤熔接于所述波分复用器上，所述波分复用器的信号光纤固定于一密封空间，所述波分复用器的红光光纤熔接于红光二极管上。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种高功率连续光纤激光打标设备，采用了如下所述的技术方案：

一种高功率连续光纤激光打标设备，包括如上所述的高功率连续光纤激光器。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：

一种高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，将正向合束器中心光纤通过光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器，让中心光纤信号光尽可能多地进入光纤包层，通过包层剥离器将信号光进行剥离，达到对中心光纤信号光进行充分衰减的目的，然后经过包层光剥离器后的中心光纤熔接波分复用器，使衰减后的低功率信号光进入波分复用器信号光纤，将信号光纤通过特殊装置进行密封保护，最后波分复用器的红光光纤熔接红光二极管。该方法同时对信号光进行剥离和分离，起到简单、安全、易操作、长期稳定的作用，将光纤激光器中心光纤激光进行衰减处理，充分地保护红光二极管，从而很好地保护了激光器指示红光，保证红光和信号光在不同通道，信号光传输光纤与红光传输的光纤互不干扰，对红光长期使用起到很好的保护作用。本发明利用的光学器件体积很小，灵活性很强，降低了制作难度和物料成本，为光纤激光器小型化、紧凑化提供了较好的基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例中高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法的流程框图；

图2为本发明实施例中高功率连续光纤激光器的结构示意图；

图3为本发明实施例中中心光纤与包层光剥离器采用光纤错位的方式熔接的结构示意图；

图4为本发明实施例中中心光纤与包层光剥离器采用盘绕的方式熔接的结构示意图；

图5为本发明实施例中信号光纤与密封装置的连接关系示意图。

附图标记说明：

1、中心光纤；2、包层光剥离器；3、波分复用器；4、红光二极管；5、红光光纤；6、信号光纤。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

一种高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1，将正向合束器的中心光纤采用光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器，包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离；

S2，将经过包层光剥离器后的中心光纤熔接波分复用器；

S3，将波分复用器的信号光纤进行密封保护，波分复用器的红光光纤熔接红光二极管。

本发明提供的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，将正向合束器中心光纤通过光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器，让中心光纤信号光尽可能多地进入光纤包层，通过包层剥离器将信号光进行剥离，达到对中心光纤信号光进行充分衰减的目的，然后经过包层光剥离器后的中心光纤熔接波分复用器，使衰减后的低功率信号光进入波分复用器信号光纤，将信号光纤通过特殊装置进行密封保护，最后波分复用器的红光光纤熔接红光二极管。该方法同时对信号光进行剥离和分离，起到简单、安全、易操作、长期稳定的作用，将光纤激光器中心光纤激光进行衰减处理，充分地保护红光二极管，从而很好地保护了激光器指示红光，保证红光和信号光在不同通道，信号光传输光纤与红光传输的光纤互不干扰，对红光长期使用起到很好的保护作用。本发明利用的光学器件体积很小，灵活性很强，降低了制作难度和物料成本，为光纤激光器小型化、紧凑化提供了较好的基础。

所述将正向合束器的中心光纤采用光纤错位的方式熔接包层光剥离器，使包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

将正向合束器的中心光纤熔接比中心光纤芯径小或孔径小的第一光纤，利用中心光纤与第一光纤的芯径差或孔径差，将从中心光纤进入第一光纤的信号光泄露到第一光纤的包层中，使包层光剥离器对进入第一光纤的包层中的信号光进行剥离。

本发明采用光纤错位的熔接方法，成功地将中心光纤纤芯激光泄露到包层中，通过选取与比中心光纤数值孔径和直径小的光纤，保证激光泄露和红光亮度，起到双重作用。

所述将正向合束器的中心光纤采用盘绕的方式熔接包层光剥离器，使包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

将正向合束器的中心光纤盘绕形成第二光纤，将从中心光纤进入第二光纤的信号光泄露到第二光纤的包层中，使包层光剥离器对进入第二光纤的包层中的信号光进行剥离。

本发明采用盘绕小圈的熔接方法，成功地将中心光纤纤芯激光泄露到包层中，盘绕小圈方式通过选取数值孔径和直径合适的光纤，在不损伤光纤涂覆层和满足本身机械性能情况下，将信号光进行有效泄露到包层，避免了盘绕所带来的光纤损伤。

本发明实施例中，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

采用自动化或半自动化剥纤工具去除光纤的涂覆层，清洁干净后上面覆盖同种或不同种的高折胶，剥除包层光；

采用激光器对包层进行刻蚀，刻蚀形状包括螺旋状、长度不同的矩形，隔离度大于15dB，包层光剥离器的模式剥离器承受50W以上连续激光，并且采用对称结构。

在其他实施例中，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

采用自动化或半自动化剥纤工具去除光纤涂覆层，清洁干净后对光纤包层进行化学腐蚀，采用氢氟酸等化学物；

采用激光器对包层进行刻蚀，刻蚀形状包括螺旋状、长度不同的矩形，隔离度大于15dB。

所述将波分复用器的信号光纤进行密封保护，波分复用器的红光光纤熔接红光二极管的步骤具体包括：

将波分复用器的信号光纤末端切割平角或斜角，通过工装将信号光纤穿入一端封头的玻璃管，通过胶水进行对玻璃管开口密封，以将信号光纤固定到密封空间，整个过程需保证光纤处于玻璃管中心，并且玻璃管内侧必须清洁干净，不允许有脏污。

波分复用器采用1＊2方式，波分复用器输入一侧熔接包层光剥离器输出光纤，波分复用器输出一侧对1050－1090nm的信号光高透，包层光剥离器输出一侧对600－700nm的红光高透，波分复用器和包层光剥离器的输出光纤之间的隔离度大于20dB，波分复用器可以连续承受至少3W以上的连续光，波分复用器光纤芯径为4－200um，包层范围为125－300um。

波分复用器的红光光纤对输入的1050－1090nm的信号光隔离，红光二极管的波长为600－700nm，红光二极管上镀有反射膜。

本发明提供的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，将正向合束器中心光纤通过光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器，让中心光纤信号光尽可能多地进入光纤包层，通过包层剥离器将信号光进行剥离，达到对中心光纤信号光进行充分衰减的目的，然后经过包层光剥离器后的中心光纤熔接波分复用器，使衰减后的低功率信号光进入波分复用器信号光纤，将信号光纤通过特殊装置进行密封保护，最后波分复用器的红光光纤熔接红光二极管。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种高功率连续光纤激光器，采用了如下所述的技术方案：

一种高功率连续光纤激光器，如图2至图5所示，包括正向合束器、包层光剥离器2、波分复用器3和红光二极管4；

所述正向合束器的中心光纤1采用光纤错位或盘绕的方式熔接于包层光剥离器2上，所述包层光剥离器2对中心光纤1信号光进行剥离，经过包层光剥离器2后的中心光纤1熔接于所述波分复用器3上，所述波分复用器3的信号光纤6固定于一密封空间，所述波分复用器3的红光光纤5熔接于红光二极管4上。

本发明提供的高功率连续光纤激光器，将正向合束器中心光纤1通过光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器2，让中心光纤1信号光尽可能多地进入光纤包层，通过包层剥离器将信号光进行剥离，达到对中心光纤1信号光进行充分衰减的目的，然后经过包层光剥离器2后的中心光纤1熔接波分复用器3，使衰减后的低功率信号光进入波分复用器3信号光纤6，将信号光纤6通过特殊装置进行密封保护，最后波分复用器3的红光光纤5熔接红光二极管4。该方法同时对信号光进行剥离和分离，起到简单、安全、易操作、长期稳定的作用，将光纤激光器中心光纤1激光进行衰减处理，充分地保护红光二极管4，从而很好地保护了激光器指示红光，保证红光和信号光在不同通道，信号光传输光纤与红光传输的光纤互不干扰，对红光长期使用起到很好的保护作用。本发明利用的光学器件体积很小，灵活性很强，降低了制作难度和物料成本，为光纤激光器小型化、紧凑化提供了较好的基础。

如图3所示，所述正向合束器的中心光纤1熔接于比中心光纤1芯径小或孔径小的第一光纤上，利用中心光纤1与第一光纤的芯径差或孔径差，将从中心光纤1进入第一光纤的信号光泄露到第一光纤的包层中，使包层光剥离器2对进入第一光纤的包层中的信号光进行剥离。

本发明采用光纤错位的熔接方法，成功地将中心光纤1纤芯激光泄露到包层中，通过选取与比中心光纤1数值孔径和直径小的光纤，保证激光泄露和红光亮度，起到双重作用。

如图4所示，所述正向合束器的中心光纤1盘绕形成第二光纤，将从中心光纤1进入第二光纤的信号光泄露到第二光纤的包层中，使包层光剥离器2对进入第二光纤的包层中的信号光进行剥离。

本发明采用盘绕小圈的熔接方法，成功地将中心光纤1纤芯激光泄露到包层中，盘绕小圈方式通过选取数值孔径和直径合适的光纤，在不损伤光纤涂覆层和满足本身机械性能情况下，将信号光进行有效泄露到包层，避免了盘绕所带来的光纤损伤。

所述波分复用器3的信号光纤6末端为平角或斜角，通过工装将信号光纤6穿入一端封头的玻璃管，通过胶水进行对玻璃管开口密封，以将信号光纤6固定到密封空间。

波分复用器3采用1＊2方式，波分复用器3输入一侧熔接包层光剥离器2输出光纤，波分复用器3输出一侧对1050－1090nm的信号光高透，包层光剥离器2输出一侧对600－700nm的红光高透，波分复用器3和包层光剥离器2的输出光纤之间的隔离度大于20dB，波分复用器3可以连续承受至少3W以上的连续光，波分复用器3光纤芯径为4－200um，包层范围为125－300um。

波分复用器3的红光光纤5对输入的1050－1090nm的信号光隔离，红光二极管4的波长为600－700nm，红光二极管4上镀有反射膜。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种高功率连续光纤激光打标设备，采用了如下所述的技术方案：

一种高功率连续光纤激光打标设备，包括如上所述的高功率连续光纤激光器。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式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效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

将正向合束器的中心光纤采用光纤错位或盘绕的方式熔接包层光剥离器，包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离；

将经过包层光剥离器后的中心光纤熔接波分复用器；

将波分复用器的信号光纤进行密封保护，波分复用器的红光光纤熔接红光二极管。

2.根据权利要求1所述的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，所述将正向合束器的中心光纤采用光纤错位的方式熔接包层光剥离器，使包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

将正向合束器的中心光纤熔接比中心光纤芯径小或孔径小的第一光纤，利用中心光纤与第一光纤的芯径差或孔径差，将从中心光纤进入第一光纤的信号光泄露到第一光纤的包层中，使包层光剥离器对进入第一光纤的包层中的信号光进行剥离。

3.根据权利要求1所述的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，所述将正向合束器的中心光纤采用盘绕的方式熔接包层光剥离器，使包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

将正向合束器的中心光纤盘绕形成第二光纤，将从中心光纤进入第二光纤的信号光泄露到第二光纤的包层中，使包层光剥离器对进入第二光纤的包层中的信号光进行剥离。

4.根据权利要求1所述的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

采用自动化或半自动化剥纤工具去除光纤的涂覆层，清洁干净后上面覆盖同种或不同种的高折胶，剥除包层光；

采用激光器对包层进行刻蚀，刻蚀形状包括螺旋状、长度不同的矩形，隔离度大于15dB，包层光剥离器的模式剥离器承受50W以上连续激光，并且采用对称结构。

5.根据权利要求1所述的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离的步骤具体包括：

采用自动化或半自动化剥纤工具去除光纤涂覆层，清洁干净后对光纤包层进行化学腐蚀，采用氢氟酸等化学物；

采用激光器对包层进行刻蚀，刻蚀形状包括螺旋状、长度不同的矩形，隔离度大于15dB。

6.根据权利要求1所述的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，所述将波分复用器的信号光纤进行密封保护，波分复用器的红光光纤熔接红光二极管的步骤具体包括：

将波分复用器的信号光纤末端切割平角或斜角，通过工装将信号光纤穿入一端封头的玻璃管，通过胶水进行对玻璃管开口密封，以将信号光纤固定到密封空间。

7.根据权利要求1所述的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，

波分复用器采用1＊2方式，波分复用器输入一侧熔接包层光剥离器输出光纤，波分复用器输出一侧对1050－1090nm的信号光高透，包层光剥离器输出一侧对600－700nm的红光高透，波分复用器和包层光剥离器的输出光纤之间的隔离度大于20dB，波分复用器光纤芯径为4－200um，包层范围为125－300um。

8.根据权利要求1所述的高功率连续光纤激光器中心光纤的处理方法，其特征在于，

波分复用器的红光光纤对输入的1050－1090nm的信号光隔离，红光二极管的波长为600－700nm，红光二极管上镀有反射膜。

9.一种高功率连续光纤激光器，其特征在于，

包括正向合束器、包层光剥离器、波分复用器和红光二极管；

所述正向合束器的中心光纤采用光纤错位或盘绕的方式熔接于包层光剥离器上，所述包层光剥离器对中心光纤信号光进行剥离，经过包层光剥离器后的中心光纤熔接于所述波分复用器上，所述波分复用器的信号光纤固定于一密封空间，所述波分复用器的红光光纤熔接于红光二极管上。

10.一种高功率连续光纤激光打标设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的高功率连续光纤激光器。

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