CN203574218U - 一种高功率光纤传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高功率光纤传输系统，包括激光传输光纤、端帽、包层剥离器、壳体、光束整形器、激光保护窗口，其特征在于：激光传输光纤与一端帽熔接，激光传输光纤包层与一包层剥离器结合，端帽、激光传输光纤、包层剥离器、光束整形器分别固定在壳体内，激光保护窗口固定在壳体上，且光束整形器与激光保护窗口置于端帽前端，壳体上设有水冷通道，并使包层剥离器与一段激光传输光纤置于水冷通道内。本实用新型在传输光纤包层上结合一段包层剥离器，并把包层剥离器、传输光纤、端帽置于水冷通道内，解决了高功率光纤传输系统散热与包层剥离问题，提高了器件的可靠性与长期稳定性。
Description
技术领域：
本实用新型属于光纤激光器技术领域，涉及高功率光纤传输系统，用于将输入激光信号从光纤内传输至空间，同时保证激光信号光束质量，降低冗余激光发热风险，提高产品可靠性。
技术背景：
光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器，具有结构紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，已成功应用于机械加工、医疗、汽车制造及军事等领域。随着其应用领域的不断拓展，如汽车制造、船舶制造等行业中厚金属板的激光器切割和焊接，希望光纤激光器的输出功率达到数千瓦至数十千瓦。
虽然单根光纤可以承受数千瓦级别以上的功率，但是如何把纤芯内的激光稳定传输至空间，且不降低光束质量，这仍然是一个难题。激光器在从纤芯传输至空间时，一般会产生一部分包层光，这部分光由于发散角较大，对端帽、光路整形系统等会产生一定破坏性影响，所以需要对这部分包层光进行剥除；另外，激光在高功率打标、切割、焊接时，由于加工件表面对于激光产生一定反射，根据光路可逆原理，一部分反射光容易沿原路返回至光纤传输系统，直至光纤内，这部分反馈光极易使得光纤涂覆层发热直至烧毁，且反馈至光纤内的激光对激光器腔体极易产生破坏性损伤。综上所述，研究一种包层剥离装置，并把包层剥离出来的激光很快地传导出去，对于高功率激光传输系统尤为重要。
传统的包层剥离以及散热解决方法是在光纤包层外涂覆一层高折射率胶，并使得这部分胶与金属接触，再通过对金属的间接散热，使热量传播出去。由于所使用的高分子材料胶水，在长期高功率、高温使用以后，其折射率、透光性会发生一定恶化，直至失效，使得此处包层剥离处易烧毁。
发明内容：
本实用新型的目的为了克服现有技术存在的缺陷和问题，提供一种高功率激光传输系统，该发明结构简单，产品稳定、可靠。本实用新型采用在光纤包层外，采用无胶工艺结合一段包层剥离器，包层剥离器的折射率大于或者等于光纤包层，光纤包层光经过包层剥离器以后，99%以上的光会被剥离出去，另外通过冷却液与包层、剥离器、端帽直接接触，能够使得被剥离激光很快传播出去。
一种高功率光纤传输系统，包括激光传输光纤、端帽、包层剥离器、壳体、光束整形器、激光保护窗口，其特征在于：激光传输光纤与一端帽熔接，激光传输光纤包层与一包层剥离器结合，端帽、激光传输光纤、包层剥离器、光束整形器分别固定在壳体内，激光保护窗口固定在壳体上，且光束整形器与激光保护窗口置于端帽前端，壳体上设有水冷通道，并使包层剥离器与一段激光传输光纤置于水冷通道内。
所述的激光传输光纤为单模光纤或多模光纤。
所述的激光传输光纤为单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤、光纤束或者有源光纤。
所述的激光传输光纤结合一段包层剥离器结合方式为胶合、熔融结合、熔接或键合。
所述的包层剥离器表面加工呈锯齿状；或者表面进行化学毛化、腐蚀处理，或者进行光学冷加工，使得表面粗糙度增加。
所述的包层剥离器材料折射率大于或等于传输光纤包层折射率，材料为为石英、玻璃、氟化钙、氟化霉、宝石、硅或硒化锌。
所述的传输光纤、端帽、包层剥离器置于一水冷通道内，且冷却液能够与传输光纤、端帽、包层剥离器直接接触。
本实用新型在传输光纤包层上结合一段包层剥离器，并把包层剥离器、传输光纤、端帽置于水冷通道内，解决了高功率光纤传输系统散热与包层剥离问题，提高了器件的可靠性与长期稳定性。
附图说明：
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2是包层剥离器剥离激光传输光纤内包层光的示意图。
图3是本实用新型的另外一实施例结构的示意图。
图4a、图4b分别是本实用新型的产品2000W单模功率输出光斑示意图。
图5是本实用新型的2000W包层光输入，器件表面温度变化示意图。
具体实施方式：
如图1、图3所示，一种高功率光纤传输系统，包括激光传输光纤6、端帽1、包层剥离器2、壳体5、光束整形器3、激光保护窗口4，其特征在于：激光传输光纤6与一端帽1熔接，激光传输光纤6包层与一包层剥离器2结合，端帽1、激光传输光纤 6、包层剥离器2、光束整形器3分别固定在壳体5内，激光保护窗口4固定在壳体5上，且光束整形器3与激光保护窗口4置于端帽1前端，壳体5上设有水冷通道7，并使包层剥离器2与一段激光传输光纤6置于水冷通道7内。所述的光束整形器3为现有结构，直接购买得到。
以激光输入光纤为7根的光纤信号为例，其制备方法如下：
1、激光传输光纤为20‐400(纤芯直径20um,包层直径400um)，NA=0.065双包层光纤，激光光束质量M2<1.2;
2、将剥除涂覆层激光传输光纤，擦拭干净，穿于一段长45mm，表面雕刻有锯齿状的石英管内，石英管外径2.2mm,内径410um，锯齿间距0.8mm，锯齿角度45°，石英管高参杂Ge；通过氢氧加热，使得石英管受热变软，与激光传输光纤成一整体。亦可将传输光纤先穿于一石英管内，待石英管受热塌陷以后，再在表面进行锯齿加工
3、把制作完包层剥离器的激光传输光纤与一直径10mm的端帽熔接，端帽长度25mm，一端抛光，另外一端镀AR膜，工作波长1080+/‐20nm,损伤阈值大于20J/cm2；端帽外表面镀金；
4、把制作完端帽的激光传输光纤，穿于一铜制镀金套管内，铜管一端直径8mm+0.01，使得与端帽结合再铜管边缘加热，点上焊锡，使得端帽与铜管密封；
5、铜管另外一端，有一直径550um细孔，使得光纤涂覆层恰好能够穿于细孔内，在此处点上防水胶水；
6、端帽、光纤、包层剥离器密封在一壳体内，两端无漏水，使得去离子水能够在该腔体内流动；
7、在出射端加一片直径25mm,焦距80mm的平凸镜片作为光束整形器，使得光束出射为一准直光，光束发散角小于0.2mrad;在壳体上设有水冷通道和一激光保护窗口，并使包层剥离器与一段激光传输光纤置于水冷通道内。
基于该方法，我们已经成功实现2KW单模准直光输出，效率大于99.5%，光斑畸变小于3%，使用CCD测试光斑分布，如图4a、图4b所示。
我们使用2000W包层光通入该器件，打开水冷装置，器件表面稳定从室温25度上升至29度，拷机30分钟，器件能够稳定工作，包层光剥除率高于99.5%以上，说明，该结构对于包层剥离有着很好的效果。图5是器件温度传感器在器件表面温度变化曲线，可以看出30分钟以后，器件温度趋于稳定。
市场同等类别的激光传输系统，允许长期承受包层光一般在100‐200W左右，我们的方法制作的激光传输系统，长期可以承受700W以上的包层光，短期可以承受2000W的包层光，较现有产品性能改进很多，产品性能可靠、稳定性提高很多。
Claims (7)
1.一种高功率光纤传输系统，包括激光传输光纤、端帽、包层剥离器、壳体、光束整形器、激光保护窗口，其特征在于：激光传输光纤与一端帽熔接，激光传输光纤包层与一包层剥离器结合，端帽、激光传输光纤、包层剥离器、光束整形器分别固定在壳体内，激光保护窗口固定在壳体上，且光束整形器与激光保护窗口置于端帽前端，壳体上设有水冷通道，并使包层剥离器与一段激光传输光纤置于水冷通道内。
2.如权利要求1所述的高功率光纤传输系统，其特征在于：激光传输光纤为单模光纤或多模光纤。
3.如权利要求1所述的高功率光纤传输系统，其特征在于：激光传输光纤为单包层光纤、多包层光纤、光子晶体光纤、保偏光纤、多芯光纤、光纤束或者有源光纤。
4.如权利要求1所述的高功率光纤传输系统，其特征在于：激光传输光纤结合一包层剥离器，结合方式为：胶合、熔融结合、熔接或键合。
5.如权利要求1或4所述的高功率光纤传输系统，其特征在于：包层剥离器表面加工呈锯齿状；或者表面进行化学毛化、腐蚀处理，或者进行光学冷加工，使得表面粗糙度增加。
6.如权利要求1或4所述的高功率光纤传输系统，其特征在于：包层剥离器材料折射率大于或等于传输光纤包层折射率，材料为石英、玻璃、氟化钙、氟化霉、宝石、硅或硒化锌。
7.如权利要求1所述的高功率光纤传输系统，其特征在于：激光传输光纤、端帽、包层剥离器置于一水冷通道内，且冷却液能够与激光传输光纤、端帽、包层剥离器直接接触。
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