CN203745677U - 光纤端帽熔接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光纤端帽熔接装置，所述装置包含下述部件：一扩束准直镜（1），将激光发生器发出的激光进行扩束准直，一反射镜（2），将射出扩束准直镜（1）的激光进行反射转向；一旋转反射镜（4），将反射镜（2）反射过来的激光旋转反射为一圆锥形光束；一离轴抛物面反射镜一（3），将旋转反射镜（4）反射扩展成的圆锥形光束再次反射成圆环状光束；一离轴抛物面反射镜二（7），将离轴抛物面反射镜一（3）反射来的圆环状光束聚焦至光纤（5）和石英端帽（8）的熔接部位。本实用新型光纤端帽熔接装置，应用方便、熔接方便且熔接效果好。

Description

光纤端帽熔接装置

技术领域

本实用新型涉及一种光纤端帽熔接装置，尤其是涉及一种利用激光对光纤和石英端帽进行溶解作业的装置，属于激光技术领域。

背景技术

用传能光纤传输高功率激光时，传能光纤入射出射端面损伤问题是限制光纤传输高功率激光的主要因素；当激光功率很小时，端面无任何变化，当激光功率逐渐增大后，端面出现明显坑状损伤点，但不影响光纤传输激光，但是随着激光功率的进一步增大，将出现局部熔融现象，同时端面表面发生微小形变；并且当激光功率达到损伤阈值后产生等离子，伴有等离子闪光和响声，光纤输出激光能量下降；如果继续辐照激光脉冲，将会出现严重的熔融现象，光纤表面也将受到严重破坏；

解决光纤端面损伤的方案是在光纤端面前增加石英端帽结构，石英端帽可以有效避免高峰值功率下激光对光纤端面损伤，同时端帽的制作需要采用熔接的办法，使光纤和端帽的材料均匀而完整地结合在一起；

目前，绝大多数工业上连接光纤的方法是采用电弧作为热源，这对于石英端帽和光纤熔接过程中需要改变热源强度的连接方式是有局限性的。而且连接部位几何形状的改变也要求热源能量和熔接距离要有相应的改变；另外绝大多数市售的光纤熔接机均是针对125um直径的标准通讯光纤设计，由于其光纤夹具、电弧参数等方面的限制，无法用于光纤与大直径石英端帽的熔接。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种应用方便的光纤端帽熔接装置，本装置利用CO2激光实现大直径光纤端帽熔接，CO2激光的输出波长为10.6um，石英对此波长的光具有高吸收系数，因此可以用作石英端帽熔接的热源；且该热源不同于传统的热源，CO2激光是通过光辐射的方式来熔接，可以准确地将激光作用到连接区域，而且熔接过程中不引入杂质，这也符合传输高功率激光光纤器件加工的要求。

本实用新型的目的是这样实现的： 一种光纤端帽熔接装置，所述装置包含有下述部件：

一扩束准直镜，将激光发生器发出的激光进行扩束准直， 

一反射镜，将射出扩束准直镜的激光进行反射转向；

一旋转反射镜，将反射镜反射过来的激光旋转反射为一圆锥形光束；

一离轴抛物面反射镜一，将旋转反射镜反射扩展成的圆锥形光束再次反射成圆环状光束；

一离轴抛物面反射镜二，将离轴抛物面反射镜一反射来的圆环状光束聚焦至光纤和石英端帽的熔接部位。

本实用新型一种光纤端帽熔接装置，上述离轴抛物面反射镜一上开有一通孔，且通孔的中心线与离轴抛物面反射镜一的轴线相重合，反射镜转向反射后的激光经过该通孔后到达旋转反射镜的反射面。

本实用新型一种光纤端帽熔接装置，上述离轴抛物面反射镜二上开有一槽孔，且槽孔的中心线与离轴抛物面反射镜二的轴线相重合，所述光纤穿过该槽孔，且位于该槽孔内的光纤夹具夹持住光纤。

本实用新型一种光纤端帽熔接装置，所述光纤夹具包含设置于槽孔可上下升降的电动平台，所述电动平台内嵌至有一光纤固定机构。

本实用新型一种光纤端帽熔接装置，所述旋转反射镜包含有反射镜本体和电机，所述电机的输出轴竖向设置，电机的输出轴轴线与离轴抛物面反射镜一的轴线相重合，且电机的输出轴与反射镜本体相连，且反射镜本体镜面朝向离轴抛物面反射镜一的反射面，反射镜本体的镜面与离轴抛物面反射镜一的轴线成一锐角。

本实用新型一种光纤端帽熔接装置，所述旋转反射镜的结构包含但不限于上述结构。

本实用新型一种光纤端帽熔接装置，所述离轴抛物面反射镜二的焦点位置附件设置有观察镜一和观察镜二。

本实用新型光纤端帽熔接方法，所述光纤端帽熔接方法包含有下述步骤：

步骤一、激光发生器发出的激光束经准直器后入射至一旋转的反射镜上；

步骤二、旋转的反射镜将光束反射成一圆锥状光束，并将该圆锥状光束反射至一离轴抛物面反射镜的反射面上，该离轴抛物面反射镜将圆锥形光束反射后形成圆环形光束；

步骤三、上述圆环形光束入射至另一离轴抛物面反射镜的反射面上，经该离轴抛物面反射镜反射后聚焦至焦点，从而对位于该焦点处的光线和石英端帽的熔接部位进行熔接作业。

本实用新型光纤端帽熔接方法，上述步骤一至三均通过光纤端帽熔接装置实现，所述光纤端帽熔接装置沿光路依次设置有扩束准直镜、反射镜、旋转反射镜、离轴抛物面反射镜一和离轴抛物面反射镜二。

本实用新型光纤端帽熔接方法，上述方法的实现装置包含但不限于上述光纤端帽熔接装装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用聚焦的激光对光纤和石英端帽进行熔接，相比于电弧焊接，操作简单方便，且不会引入杂质，提高了熔接的质量，有助于提高产品的质量。

附图说明

图1为本实用新型光纤端帽熔接装置的结构示意图。

图2为本实用新型光纤端帽熔接装置的扩束准直镜的结构示意图。

图3为本实用新型光纤端帽熔接装置的旋转反射镜的构成结构示意图。

图4为本实用新型光纤端帽熔接装置的离轴抛物面反射镜一的结构示意图。

图5为本实用新型光纤端帽熔接装置的离轴抛物面反射镜二的结构示意图。

图6为本实用新型光纤端帽熔接装置的光纤夹具的构成结构示意图。

其中：

扩束准直镜1、反射镜2、离轴抛物面反射镜一3、旋转反射镜4、光纤5、光纤夹具6、离轴抛物面反射镜二7、石英端帽8、观察镜一9、观察镜二10、扩束准直镜透镜11；

通孔31；

反射镜本体41、电机42；

电动平台61、光纤固定机构62；

槽孔71。

具体实施方式

参见图1~6，本实用新型涉及的一种光纤端帽熔接装置，所述装置包含有下述部件：

一扩束准直镜1，用于将激光发生器（优选的，采用CO2激光发生器）发出的激光进行扩束准直，以消除激光发散角度的影响，获得准直性较好的激光束，并且可通过其对光斑进行调节以适应不同尺寸的光纤端帽熔接；

一反射镜2，用于将射出扩束准直镜1的激光进行反射转向；

一旋转反射镜4，用于将反射镜2反射过来的激光扩展为一圆锥形光束；

一离轴抛物面反射镜一3，用于将旋转反射镜4反射扩展成的圆锥形光束再次反射成圆环状光束；

一离轴抛物面反射镜二7，用于将离轴抛物面反射镜一3反射来的圆环状光束聚焦至光纤5和石英端帽8的熔接部位；

上述装置及流程为本实用新型的基本构思，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进均在本专利的保护范围之内；

下面，针对图1~6，具体阐述一最优化的实施方式：

本实用新型中，在激光器发出的激光经扩束准直镜1、反射镜2、旋转反射镜4、离轴抛物面反射镜一3和离轴抛物面反射镜二7后聚焦至光纤5和石英端帽8的熔接部位，其中，上述离轴抛物面反射镜一3上开有一通孔31，且通孔31的中心线与离轴抛物面反射镜一3的轴线相重合，反射镜2转向反射后的激光经过该通孔31后到达旋转反射镜4的反射面，上述离轴抛物面反射镜二7上开有一槽孔71，且槽孔71的中心线与离轴抛物面反射镜二7的轴线相重合，所述光纤5穿过该槽孔71，且位于该槽孔71内的光纤夹具6夹持住光纤5，具体的讲，所述光纤夹具6包含设置于槽孔71可上下升降的电动平台61，用于上下移动使得光纤5与石英端帽8的熔接点位于离轴抛物面反射镜二7的聚焦焦点处，所述电动平台61内嵌至有一光纤固定机构62，，用于对穿过该光纤固定机构62的光纤5进行固定，且定制的光纤固定机构62除夹紧光纤之外，不能干涉被离轴抛物面反射镜二7反射过来的二氧化碳激光；

上述实施方式中，对于旋转反射镜4可通过上述方式实现，所述旋转反射镜4包含有反射镜本体41和电机42，所述电机42的输出轴竖向设置，电机42的输出轴轴线与离轴抛物面反射镜一3的轴线相重合，且电机42的输出轴与反射镜本体41相连，且反射镜本体41镜面朝向离轴抛物面反射镜一3的反射面，反射镜本体41的镜面与离轴抛物面反射镜一3的轴线成一锐角，从而使得旋转的反射镜本体41能够将射至于其上的光束反射成一圆锥形光束；当然，对于本领域的技术人员来说，重点在于旋转反射镜4，而不在于其如何实现旋转，上述处于完整方案的考虑，举例一较容易实现的方案，本领域的技术人员在本专利的启示之下，所采用的其他旋转实现方式，均在本专利的保护范围之内；

同时，在光纤5和石英端帽8的熔接部位（也即离轴抛物面反射镜二7的焦点位置处）附件设置有观察镜一9和观察镜二10，用于在熔接前进行定位，以及在熔接时对熔接效果进行观察；

综上所述，上述光纤端帽熔接装置的熔接方法包含有下述基本步骤：

步骤一、激光发生器发出的激光束经准直器后入射至一旋转的反射镜上；

步骤二、旋转的反射镜将光束反射成一圆锥状光束，并将该圆锥状光束反射至一离轴抛物面反射镜的反射面上，该离轴抛物面反射镜将圆锥形光束反射后形成圆环形光束；

步骤三、上述圆环形光束入射至另一离轴抛物面反射镜的反射面上，经该离轴抛物面反射镜反射后聚焦至焦点，从而对位于该焦点处的光线和石英端帽的熔接部位进行熔接作业；

采用此方法熔接的光纤端帽可以显著提高光纤的损伤阈值，同时基本不影响激光输出效率以及光束质量；可以实现高质量、低成本的光纤端帽熔接；在大批量连接石英端帽和光纤时，利用二氧化碳激光所产生的高强度、极佳的中心对准和可重复连接等优势更加明显地的显现出来。

Claims (7)

1.一种光纤端帽熔接装置，其特征在于：所述装置包含有下述部件：

一扩束准直镜（1），将激光发生器发出的激光进行扩束准直， 

一反射镜（2），将射出扩束准直镜（1）的激光进行反射转向；

一旋转反射镜（4），将反射镜（2）反射过来的激光旋转反射为一圆锥形光束；

一离轴抛物面反射镜一（3），将旋转反射镜（4）反射扩展成的圆锥形光束再次反射成圆环状光束；

一离轴抛物面反射镜二（7），将离轴抛物面反射镜一（3）反射来的圆环状光束聚焦至光纤（5）和石英端帽（8）的熔接部位。

2.如权利要求1所述一种光纤端帽熔接装置，其特征在于：上述离轴抛物面反射镜一（3）上开有一通孔（31），且通孔（31）的中心线与离轴抛物面反射镜一（3）的轴线相重合，反射镜（2）转向反射后的激光经过该通孔（31）后到达旋转反射镜（4）的反射面。

3.如权利要求1所述一种光纤端帽熔接装置，其特征在于：上述离轴抛物面反射镜二（7）上开有一槽孔（71），且槽孔（71）的中心线与离轴抛物面反射镜二（7）的轴线相重合，所述光纤（5）穿过该槽孔（71），且位于该槽孔（71）内的光纤夹具（6）夹持住光纤（5）。

4.如权利要求3所述一种光纤端帽熔接装置，其特征在于：所述光纤夹具（6）包含设置于槽孔（71）可上下升降的电动平台（61），所述电动平台（61）内嵌至有一光纤固定机构（62）。

5.如权利要求1、2、3或4所述一种光纤端帽熔接装置，其特征在于：所述旋转反射镜（4）包含有反射镜本体（41）和电机（42），所述电机（42）的输出轴竖向设置，电机（42）的输出轴轴线与离轴抛物面反射镜一（3）的轴线相重合，且电机（42）的输出轴与反射镜本体（41）相连，且反射镜本体（41）镜面朝向离轴抛物面反射镜一（3）的反射面，反射镜本体（41）的镜面与离轴抛物面反射镜一（3）的轴线成一锐角。

6.如权利要求5所述一种光纤端帽熔接装置，其特征在于：所述旋转反射镜（4）的结构包含但不限于上述结构。

7.如权利要求1、2、3或4所述一种光纤端帽熔接装置，其特征在于：所述离轴抛物面反射镜二（7）的焦点位置附件设置有观察镜一（9）和观察镜二（10）。