CN203705679U - 高功率光纤合束器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高功率光纤合束器，主要包括金属封装管、光纤保护管、基板、保护管光纤保护胶层和封装管光纤保护胶层，金属封装管和光纤保护管之间为防潮减震导热区，其中填充有制成粉末状的防潮减震导热材料。这样的高功率光纤合束器保证了器件的散热可靠性和防震性能，也避免了没有及时散出的热量对封装管光纤保护胶层的破坏，还因此确保了防潮性，从而使得其长时间工作稳定。

Description

高功率光纤合束器

技术领域

本实用新型涉及一种激光应用领域的元件，特别是涉及一种高功率光纤合束器。

背景技术

随着光纤激光技术的迅速发展和成熟，光纤激光器的特点和优势已逐渐被人们所认识，并在国防、工业加工、医疗、气象等领域得到了日益广泛的应用；而光纤合束器是大功率光纤激光器的核心组件之一，是目前最有效的泵浦耦合器件，是用于激光和通讯领域的主要器件，由于光纤激光器的市场需求和应用逐年在大幅增加，这势必产生对光纤合束器的大量需求。光纤合束器通过将多根光纤熔融在一起，再与另一根光纤熔接耦合，这种结构可以将多个大功率的光纤激光器的能量高效耦合进一根光纤传输，来获得使用功率在千瓦级的激光。如此高效的工作，对光纤合束器的可靠性提出了高标准要求，例如长时间工作稳定性、散热结构可靠性、防潮防震性能等。

目前，如图1所示，现有的光纤合束器主要包括金属管10和位于金属管10内的纵向切面呈半圆状的石英管或热缩管20，石英管或热缩管20上设有用于放置光纤40的石英槽30，光纤40置于其中并从石英槽30的两端延伸，穿过设于石英管或者热缩管20两端的光纤保护胶50至金属管10外，金属管10的内壁和石英管或者热缩管20之间的间隙填充硅胶60来固定石英管或热缩管20及外露的光纤40，虽然硅胶有一定的减震作用，但是效果非常有限，而且不仅没有解决器件的散热问题，反而具有保温功能，热量在器件内高度聚集。由于高功率的激光输出对光纤合束器的耐热性能要求非常高，这种结构的光纤合束器因为其散热效果差而存在安全隐患，长时间使用会导致器件过热而烧毁，从而影响器件的工作稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种导热性能良好的高功率光纤合束器。

本实用新型提供了一种高功率光纤合束器，包括金属封装管和位于其内的光纤保护管，熔接好的光纤置于光纤保护管内的基板上，并向光纤保护管两端延伸，依次穿过保护管光纤保护胶层和封装管光纤保护胶层至金属封装管外，金属封装管和光纤保护管之间是防潮减震导热区，其中填充有制成粉末状的防潮减震导热材料。其中，

所述防潮减震导热材料为金属粉末或合金粉末。

所述光纤保护管为纵向切面是圆形的金属管，所述基板是金属板。

熔接好的光纤是固定在基板上的。

在防潮减震导热区与封装管光纤保护胶层之间设有封盘，所述防潮减震导热材料填充于光纤保护管、金属封装管以及两端的封盘围出的区域内。

所述封盘由耐高温材料制成。

所述耐高温材料是高温石棉、硅橡胶、陶瓷或石英。

金属封装管的纵切面是5mm×5mm的正方形。

光纤保护管的纵切面为圆形。

所述封装管光纤保护胶层和保护管光纤保护胶层由硅胶制成。

本实用新型提供的高功率光纤合束器采用全金属结构，利用了金属优异的散热性能，保证了光纤合束器的散热可靠性；金属封装管的两端分别采用耐高温材料的封盘及封装管光纤保护胶层进行封装，避免了没有及时散出的热量对封装管光纤保护胶层的破坏，从而影响密封性，也因此确保了器件的防潮性能；外部的金属封装管和内部的光纤保护管之间填充具有良好导热性能的材料，不仅起到了防震的作用，而且导热快，这种结构使产品具有了良好的耐高温及防震性能。因此，本实用新型提供的高功率光纤合束器长时间工作稳定，耐热结构可靠，并且防潮防震性能好。

附图说明

图1所示为现有技术中光纤合束器的结构示意图；

图2所示为本实用新型光纤合束器的结构示意图。

图1中：10.金属管，20.石英管或热缩管，30.石英槽，40.光纤，50.光纤保护胶，60.硅胶；

图2中：1.金属封装管，2.光纤保护管，3.光纤，4.基板，5.防潮减震导热区，6.保护管光纤保护胶层，7.封盘，8.封装管光纤保护胶层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的高功率光纤合束器，其结构参见图1，主要包括金属封装管1和位于金属封装管1内的光纤保护管2，两者之间为防潮减震导热区5并在其中填充制成粉末状的防潮减震导热材料，熔接好的光纤3固定在位于光纤保护管2内的基板4上并向金属封装管1两端延伸，依次穿过密封光纤保护管2两端的保护管光纤保护胶层6、用于密封防潮减震导热区的封盘7和密封金属封装管1两端的封装管光纤保护胶层8至金属封装管1外。

其中，金属封装管的纵切面是5mm×5mm的正方形，光纤保护管的纵切面是外径为3mm的圆形，金属封装管、光纤保护管和基板都使用金属，其材料是不锈钢，也可根据不同需要将其制作成其它尺寸；保护管光纤保护胶层和封装管光纤保护胶层均为硅胶；防潮减震导热材料可以是导热性能好的金属材料或合金材料的粉末，可使用铜粉、铝粉或其合金粉；光纤可以是多根，通常是7根；封盘采用耐高温材料，可以是高温石棉、硅橡胶、陶瓷或石英等。

这样的光纤合束器的装配过程：将多根光纤与单根光纤熔接耦合好后，固定在保护光纤的基板上，再将光纤保护管套于其外部，光纤的两端从光纤保护管的两端伸出，用保护管光纤保护胶将光纤保护管的两端密封好，放入金属封装管内的中心位置，将其一端内侧放入封盘，其外侧用封装管光纤保护胶密封，从未封口端将防潮减震导热材料倒入防潮减震导热区后，将此端按照先密封的一端的方法密封，保证光纤延伸至金属封装管外，即可。

将本实用新型提供的一种（6+1）×1，输入光纤为105/125微米，数值孔径为0.22，输出光纤10/125微米，数值孔径0.46的光纤合束器与现有的光纤合束器进行散热性能和防震性能的测试。

（1）测试样品：取同尺寸的能够正常工作的本实用新型和现有技术光纤合束器，各11只；其中，本实用新型的金属封装管的尺寸为60×5×5（mm），光纤保护管的尺寸为50×ф3（mm），现有光纤合束器的金属管尺寸为60×5×5（mm），石英管或热缩管的尺寸为50×ф3（mm）；

（2）散热性能实验：用四只功率为20瓦915纳米的激光器分别连接本实用新型和现有的光纤合束器，测试环境温度为25℃，测试其输出功率及连续工作10小时后的表面温度；

（3）防震性能实验：使用步骤（1）中本实用新型和现有的光纤合束器进行机械冲击和震动实验，机械冲击实验条件为：分XYZ轴，每轴5次，冲击力为500G，持续时间1ms；震动实验条件为：分XYZ轴，加速度20G，每一循环的震动频率20Hz-2000Hz-10Hz，持续时间为一个循环4分钟，一个轴向4个循环。

测试结果为（均取平均值进行对比）：1）将本实用新型和现有的光纤合束器的输出功率调为固定输出75瓦；2）本实用新型和现有的光纤合束器表面温度分别为33.7℃和39℃；3）经测试本实用新型的光纤合束器实验后性能没有变化，工作正常；而现有的有一只不能正常工作。

由上述实验结果可以看出，在给本实用新型和现有结构的光纤合束器输入激光功率，在相同的输出功率的条件下，本实用新型表面温度比现有的低5℃以上，经过机械冲击和震动实验后，本实用新型的光纤合束器外观完好，工作正常，各项性能指标均无变化，而现有的则有一只不能正常工作，根据行业内Bellcore标准，现有的光纤合束器在防震性能上是不可靠的，而本实用新型的是可靠的；说明本实用新型提供的高功率光纤合束器具有良好的导热性能，还具有了良好的耐高温及防震性能。因此，本实用新型提供的高功率光纤合束器长时间工作稳定，输出功率大，耐热结构可靠，并且防潮防震性能好。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.高功率光纤合束器，包括金属封装管和位于其内的光纤保护管，熔接好的光纤置于光纤保护管内的基板上，并向光纤保护管两端延伸，依次穿过保护管光纤保护胶层和封装管光纤保护胶层至金属封装管外，其特征在于，金属封装管和光纤保护管之间是防潮减震导热区，其中填充有制成粉末状的防潮减震导热材料。

2.根据权利要求1所述高功率光纤合束器，其特征在于，所述防潮减震导热材料为金属粉末或合金粉末。

3.根据权利要求1或2所述高功率光纤合束器，其特征在于，所述光纤保护管为纵向切面是圆形的金属管，所述基板是金属板。

4.根据权利要求3所述高功率光纤合束器，其特征在于，熔接好的光纤是固定在基板上的。

5.根据权利要求4所述高功率光纤合束器，其特征在于，在防潮减震导热区与封装管光纤保护胶层之间设有封盘，所述防潮减震导热材料填充于光纤保护管、金属封装管以及两端的封盘围出的区域内。

6.根据权利要求5所述高功率光纤合束器，其特征在于，所述封盘由耐高温材料制成。

7.根据权利要求6所述高功率光纤合束器，其特征在于，所述耐高温材料是高温石棉、硅橡胶、陶瓷或石英。

8.根据权利要求7所述高功率光纤合束器，其特征在于，金属封装管的纵切面是5mm×5mm的正方形。

9.根据权利要求8所述高功率光纤合束器，其特征在于，光纤保护管的纵切面为圆形。

10.根据权利要求9所述高功率光纤合束器，其特征在于，所述封装管光纤保护胶层和保护管光纤保护胶层由硅胶制成。