CN115933061A - 一种全光纤匀化且抗回返光型合束器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全光纤平顶匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，包括若干激光出射模块，每个激光出射模块均连通有传输光纤F，传输光纤F穿过光滤除器后均连接到第一级拉锥合束区，第一级拉锥合束区连接有若干级串联的匀化结构，匀化结构包括匀化线路，匀化线路连接合束器的偏心位置，合束器连接返光释放区；最后一级匀化结构连接激光输出端。本发明使得当激光作用在高反射率材料上时，会产生回返光，回返光将进入光纤沿光纤逆向传播，在本技术方案中，回返光依次经过C2、C1时，大部分回返光进入D1，D2区释放到水冷板，从而使得激光器避免被回返光烧毁。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工领域，特别涉及一种全光纤匀化且抗回返光型合束器。
技术背景
激光加工中，很多场景需要平顶匀化激光束进行加工，例如激光清洗、激光熔覆、激光3D打印、激光抛光等领域，作用在工件表面的激光所含的模式越多，光斑的平顶匀化程度越好，加工效果越均匀稳定。现有技术中，为了获得高功率且光斑匀化的激光输出，一般将激光子模块所输出的单模或少模激光先通过合束器进行合束，然后将合束后的激光直接输入大芯径(例如600～1000μm)的光纤，从而获得匀化的大光斑。如图2为单个子集的单模激光束的高斯曲线能量分布图，图3为一级合束之后的多模平顶激光束能量分布图，图4为合束之后充分匀化的多模平顶激光束能量分布图。
但是这种直接将激光从小芯径光纤输入大芯径光纤的方式，一方面并不能充分激发激光中的高阶模式，因此输出激光中的模式数量并不多，匀化效果也不尽人意，光束质量M2通常为60～80；另一方面抗回返光能力差，因为大部分回返光经由大芯径光纤反向进入激光器后，无法进行有效的滤除，进而烧毁合束器或激光器。名词解释：
QBH：一种光纤输出接口规格，主要作用是把光纤输出端口熔接到一个较大直径的石英晶体上，通过扩大输出光斑直径降低激光输出端面功率密度，从而保障激光持续稳定输出而不烧毁端面。
发明内容
本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种改进的全光纤匀化且抗回返光型合束器。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，包括若干激光出射模块，每个激光出射模块均连通有传输光纤F，传输光纤F穿过光滤除器后均连接到第一级拉锥合束区，第一级拉锥合束区连接有若干级串联的匀化结构，匀化结构包括匀化线路，匀化线路连接合束器的偏心位置，合束器连接返光释放区；最后一级匀化结构连接激光输出端。
进一步的改进，第一级拉锥合束区连接有两级串联的匀化结构，所述两级串联的匀化结构包括第一匀化光纤，第一匀化光纤连接II级合束器的偏心位置，II级合束器连接有第二匀化光纤，第二匀化光纤连接III级合束器的偏心位置。
进一步的改进，所述II级合束器连接有回第一返光释放区，III级合束器连接有第二返光释放区。
进一步的改进，所述返光释放区光纤切斜口后均匀排布对准金属吸收面，返光释放区的光纤的上方覆盖玻璃。
进一步的改进，所述第一返光释放区和第二返光释放区分别安装有水冷板。
进一步的改进，所述匀化线路包括匀化光纤、熊猫眼光纤、光子晶体光纤和3C光纤。
进一步的改进，所述匀化光纤采用小圈盘绕方式，盘绕半径小于80～100mm。
本发明的上述方案有如下有益效果：
在抗高反方面的优势：当激光作用在高反射率材料上时，会产生回返光，回返光将进入光纤沿光纤逆向传播，在本技术方案中，回返光依次经过C2、C1时，大部分回返光进入D区释放到水冷板，从而使得激光器避免被回返光烧毁。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为单个子集的单模激光束的高斯曲线能量分布图；
图3为通常一级合束之后的多模平顶激光束能量分布图；
图4为采用本实施方案的多模平顶激光束能量分布图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
一种全光纤波导型匀化且抗回返光合束器，沿激光传输方向，依次设置传输光纤F1、包层光滤除器A(CPS)、第一级拉锥合束区B、第一匀化光纤E1，II级合束器C1、第二匀化光纤E2、III级合束器C2、传输光纤F2。
A的目的在于剥除输入光纤中的包层光。
B区为第一级拉锥合束区，将多个输入光纤耦合至一根较细芯径多模光纤，并且该多模光纤有扰模匀化作用。
C区包括C1和C2为拉锥合束区，将多个较细芯径匀化多模光纤耦合进入一个较粗芯径多模匀化光纤，注意输入光纤不要采用拉锥合束的居中光纤(即采用偏心入射的方式)。
D区包括D1和D2为回返光释放区，正常情况下这里没有激光。当回返光一旦进入QBH之后，传输到C区会按照≥(N-1)/N的概率进入D区进行释放，仅有≤1/N的概率通过C区向子集继续反向传输。D区下方为水冷板，所有光纤切斜口后均匀排布对准金属吸收面，D区上方覆盖玻璃以保护区域内洁净。
E区包括E1和E2为小环盘绕扰模区，多模匀化光纤在这个区域传输的同时激发高阶模。
C、D、E可以做成多级，以增加匀化及抗回返光的效果。如图为两级。
匀化光纤采用小圈盘绕方式，盘绕半径小于80～100mm，以利于增加匀化效果。匀化光纤可以替换成熊猫保偏光纤，或光子晶体光纤，或3C光纤。替换之后不一定有E1、E2小直径盘绕区，而是按照该种光纤使用条件进行盘绕。。
工作原理：如图1所示，3个激光出射模块(可以是任意数量的模块)，分别与传输光纤F1连接，输出激光经过A、B之后合束成为一束激光，该激光经过匀化光纤匀化后进入C1，在C1中选择偏心入射的方式入射(即将输入光纤不要居中排布，意味着输入光偏心进入匀化光纤)，从而更有利于激发高阶模式，完成第一阶段的匀化；然后再经过匀化光纤及C2进行第二阶段的匀化，产生更多的高阶模式，使得出射的激光中高阶模式更多，匀化程度更好。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，包括若干激光出射模块，每个激光出射模块均连通有传输光纤(F1)，传输光纤(F1)穿过光滤除器(A)后均连接到第一级拉锥合束区(B)，第一级拉锥合束区(B)连接有若干级串联的匀化结构，匀化结构包括匀化线路，匀化线路连接合束器的偏心位置，合束器连接返光释放区；最后一级匀化结构连接激光输出端。
2.如权利要求1所述的全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，第一级拉锥合束区(B)连接有两级串联的匀化结构，所述两级串联的匀化结构包括第一匀化光纤(E1)，第一匀化光纤(E1)连接II级合束器(C1)的偏心位置，II级合束器(C1)连接有第二匀化光纤(E2)，第二匀化光纤(E2)连接III级合束器(C2)的偏心位置。
3.如权利要求2所述的全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，所述II级合束器(C1)连接有回第一返光释放区(D1)，III级合束器(C2)连接有第二返光释放区(D2)。
4.如权利要求1所述的全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，所述返光释放区光纤切斜口后均匀排布对准金属吸收面，返光释放区的光纤的上方覆盖玻璃。
5.如权利要求4所述的全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，所述第一返光释放区(D1)和第二返光释放区(D2)分别安装有水冷板。
6.如权利要求1所述的全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，所述匀化线路包括扰模匀化光纤、熊猫光纤、光子晶体光纤和3C光纤。
7.如权利要求6所述的全光纤匀化且抗回返光型合束器，其特征在于，所述匀化光纤采用小圈盘绕方式，盘绕半径小于80～100mm。
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