CN114325941A - 一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，本发明利用在光纤端面制作出均匀的图形，在光束经过图形时，改变光的传播路径，从而达到光斑匀化的效果。本发明所述端面图形匀化光斑的方法，不但其结构简单，操作方便，而且端面图形可以起到匀化透镜的作用，但是该图形不易脱落，不会移位，能使出光光线的达到匀化效果、安全性高，在光纤输出激光器中明显改善光线的光斑。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，属于光电子的技术领域。
背景技术
自20世纪70年代初，美国康宁公司成功地研制出世界上第一根实用化石英光纤以来，以光纤为传输媒介的光纤通信和由此派生出来的光纤传感器技术得到了飞速的发展。在使用光纤传送光束的光路结构中，往往以半导体激光器(LD)作光源，光纤与光接收机之间是利用耦合技术来实现连接的，所以，耦合效率的高低直接影响光纤通信系统的性能。半导体激光器同光纤的耦合系统概括起来可分为两大类：采用分立的小型或微型光学元件构成的耦合系统和采用在光纤端面制作微透镜的耦合系统。后一类系统的优点是灵活方便，易于集成封装和～jn-r制作。
半导体激光器发展速度之快，应用范围之广，发展潜力之大是目前其他激光器无法比拟的，近年来，固定波长半导体激光器的使用数量居所有激光器之首，某些重要的应用领域过去常用的其他激光器，已逐渐为半导体激光器所取代。这是因为它有许多突出的优点：体积小、重量轻、供电功率小和转换效率高、能通过注入电流进行直接调制、可靠性高、工作寿命长、发射波长从可见到红外，覆盖范围广、价格日益降低。
但是激光器诸多的优点中，存在不足，激光器发出的光通过整形耦合到多模光纤时，一般不是均匀对称的光束，这样从端面出射的光束通常分布也不均匀，常见的会出现圆环状、螺旋状或者不对称状。另外由于激光的单色性好因而有极高的相干性，这样在照射面上就会有明显的干涉斑点。在照明时，这种光纤输出光场的不均匀性和干涉散斑严重影响检测端的显示效果，也直接影响到激光显示系统中图像的质量；
中国专利文件201010522065.4公开了一种光纤耦合输出半导体激光器输出光斑匀化方法，包括以下步骤：将光纤和混模材料的一端分别插进一个插芯的光纤孔和混模材料孔中；把灌胶后带一根光纤和一根混模材料的插芯放在一个光纤固化架上，放入烘箱使胶水固化；将露出在光纤孔外部的裸光纤去掉，并把切割后的裸光纤端面进行处理，去胶抛光，达到光学平面；将插芯和激光器耦合，并固定两者的相对位置；把光纤与混模材料缠在一起，使光斑达到光束混模的无暗心、无光环和无手电筒现象的最佳状态；安装连接头。采用混模材料将光纤绕曲，以达到输出光束混模情况，实现了光斑相对均匀输出。该方案是利用混模材料达到匀化光斑的，但是在应用中，混模材料的控制比较难，灌胶的一致性不好控制，从而光纤匀化的一致性不好控制。
中国专利文件201420168202.2公开了一种半导体激光器照明模组的光斑匀化装置，依次设置半导体激光器，微透镜，光学匀化片和平凸透镜；所述半导体激光器，微透镜，光学匀化片和平凸透镜位于同一水平直线上。由半导体激光器发出激光，照射到微透镜上，激光经过双面微透镜阵列后，先被微透镜中的第一组微透镜单元分裂为多束光，然后在第二组微透镜阵列中相互交叠，将光斑进行匀化；出射光束再经过光学匀化片进行双重匀化，有效避免了激光光束在通过第二层阵列时的干涉问题，使激光光束能量更加均匀。该方案是在光束前增加透镜的方法，在实施过程中存在透镜脱落，透镜斜等问题，从而影响匀化效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法。本发明利用在激光高能量的作用于光纤端面制作出均匀的图形，在光束经过图形时，改变光的传播路径，从而达到光斑匀化的效果。
本发明的技术方案如下：
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，包括以下步骤：
(1)将光纤去掉涂覆层，穿过插芯，用光学胶固定，然后利用研磨机将端面研磨成平面；
(2)在光纤端面利用激光刻蚀出图形；
(3)清洗端面。
激光器出光通过带端面图形的光纤后，形成均匀的光斑。
优选的，步骤(2)中的激光刻蚀是利用高能量的脉冲激光在光纤端面上刻蚀出均匀排列图形，再将刻蚀后的光纤浸入腐蚀液中，将烧蚀出的杂质颗粒进行清洁。
进一步优选的，步骤(2)中，所述腐蚀液为浓硫酸和浓硝酸按照体积比1：(1-5)混合，并加热到180-300℃，将刻蚀后的光纤放入腐蚀液中，腐蚀时间为1-10min，从而形成均匀排列的刻蚀图形。
进一步优选的，所述步骤(2)中，激光刻蚀的激光功率为20～200W。
优选的，步骤(2)中，激光刻蚀的图形为圆形，圆形直径为1-5um，深1-2um，相邻圆形之间的距离为圆形直径的1.5-2倍。
本发明的优势为通过控制激光能量、刻蚀频率，在光纤端面获得形状规则、排列规则的圆形图案，有利保持匀化后光斑发散角度的一致性。
根据本发明优选的，光纤芯径从100-2000um。
本发明的优良效果如下：
本发明所述端面图形匀化光斑的方法，不但其结构简单，操作方便，而且端面图形可以起到匀化透镜的作用，而且该图形不易脱落，不会移位，能使出光光线的达到匀化效果、安全性高，在光纤输出激光器中明显改善光线的光斑。
附图说明
图1是光纤端面截面图；
图2是本发明中所述光纤的平面结构示意图；
图3是对比例测试的光线光斑图；
图4是实施例1测试的光线光斑图；
在图1-图2中，1、光纤芯径，2、光纤包层，3、光纤端面图形。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，包括以下步骤：
(1)将芯径为400um的光纤去掉涂覆层，穿过插芯，用光学胶固定，然后利用研磨机将端面研磨成平面。
(2)利用高能量的脉冲激光在光纤端面上刻蚀出均匀排列图形，再将刻蚀后的光纤浸入腐蚀液中，将烧蚀出的杂质颗粒进行清洁；激光功率为100W，将刻蚀光纤端面芯径区域，得到圆形图形。腐蚀液为浓硫酸和浓硝酸按照体积比1：2混合，并加热到230℃，将刻蚀后的光纤放入腐蚀液中，腐蚀时间为5min。激光刻蚀的图形为圆形，圆形直径为2um，深1.5um，相邻圆形之间的距离为圆形直径的1.5倍。
(3)清洗端面。
实施例2
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(1)中，光纤芯径为600um。
实施例3
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中，腐蚀液为浓硫酸和浓硝酸按照体积比1：1混合，并加热到180℃，将刻蚀后的光纤放入腐蚀液中，腐蚀时间为10min。
实施例4
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中，腐蚀液为浓硫酸和浓硝酸按照体积比1：5混合，并加热到300℃，将刻蚀后的光纤放入腐蚀液中，腐蚀时间为1min。
实施例5
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中，激光刻蚀的图形为圆形，圆形直径为1um，深1um，相邻圆形之间的距离为圆形直径的1.5倍。
实施例6
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中，激光刻蚀的图形为圆形，圆形直径为5um，深2um，相邻圆形之间的距离为圆形直径的2倍。
实施例7
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中，激光刻蚀的激光功率为20W。
实施例8
一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其步骤如实施例1所述，所不同的是，步骤(2)中，激光刻蚀的激光功率为200W。
对比例：
如实施例1所述的一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其区别在于，该对比例光纤端面没有图形进行匀化。
将实施例1所述的一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法与对比例进行对比光斑测试，其中，图4是实施例1测试的光线光斑图，图3是对比例测试的光线光斑图，很明显，端面进行图形匀化后，其输出的光斑更为匀化。因此，本申请可以明显改善光纤输出激光光束的分布，达到匀化光斑效果。
Claims (6)
1.一种激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将光纤去掉涂覆层，穿过插芯，用光学胶固定，然后利用研磨机将端面研磨成平面；
(2)在光纤端面利用激光刻蚀出图形；
(3)清洗端面。
2.根据权利要求1所述的激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其特征在于，步骤(2)中的激光刻蚀是利用脉冲激光在光纤端面上刻蚀出均匀排列图形，再将刻蚀后的光纤浸入腐蚀液中，将烧蚀出的杂质颗粒进行清洁。
3.根据权利要求2所述的激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述腐蚀液为浓硫酸和浓硝酸按照体积比1：(1-5)混合，并加热到180-300℃，将刻蚀后的光纤放入腐蚀液中，腐蚀时间为1-10min。
4.根据权利要求2所述的激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，激光刻蚀的激光功率为20～200W。
5.根据权利要求1所述的激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其特征在于，步骤(2)中，激光刻蚀的图形为圆形，圆形直径为1-5um，深1-2um，相邻圆形之间的距离为圆形直径的1.5-2倍。
6.根据权利要求1所述的激光刻蚀光纤端面匀化光斑的方法，其特征在于，光纤芯径从100-2000um。
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