CN207882578U - 一种激光合束器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种激光合束器，包括中心光纤、若干合束光纤、合束玻璃管和输出光纤，所述合束光纤环绕于所述中心光纤，所述中心光纤包括去除涂覆层的中心裸纤，所述合束光纤包括去除涂覆层的合束裸纤，所述输出光纤包括去除涂覆层的输出裸纤，所述合束玻璃管套于所述中心裸纤和所述合束裸纤，所述合束玻璃管、所述中心裸纤和所述合束裸纤熔融拉锥切割后形成一锥形部，所述锥形部与所述输出裸纤连接，所述激光合束器包括磨砂区域，所述磨砂区域至少覆盖所述锥形部。通过上述方式，本实用新型实施例能够有效剥除包层光，提高激光合束器的安全性，使激光合束器更加可靠地运行于高功率的环境中。

Description

一种激光合束器

技术领域

本实用新型实施例涉及激光技术领域，特别是涉及一种激光合束器。

背景技术

近年来，光纤激光器的光束质量好，结构紧凑，工作稳定，越来越多的用于切割焊接等材料加工领域。随着这些应用的爆炸性增长，对更高功率的光纤激光器的渴求也越来越迫切，而多个单模激光器通过激光合束器实现更高功率的输出是目前常用的方法。但是，激光合束器在高功率下将面临更多的包层光的挑战，涂覆层和包层中的折射率跳变区对包层光的吸收将导致局部温度的急剧升高，最终引起该区域的损坏。

因此，有必要提供一种新型的激光合束器来克服上述问题。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的实施例提供了一种能有效剥除光纤包层中杂散光的激光合束器。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种激光合束器，包括：中心光纤、若干合束光纤、合束玻璃管和输出光纤，所述合束光纤环绕于所述中心光纤，所述中心光纤包括去除涂覆层的中心裸纤，所述合束光纤包括去除涂覆层的合束裸纤，所述输出光纤包括去除涂覆层的输出裸纤，所述合束玻璃管套于所述中心裸纤和所述合束裸纤，所述合束玻璃管、所述中心裸纤和所述合束裸纤熔融拉锥切割后形成一锥形部，所述锥形部与所述输出裸纤连接，所述激光合束器包括磨砂区域，所述磨砂区域至少覆盖所述锥形部。

其中，所述锥形部与所述输出裸纤的连接方式为熔接。

其中，所述中心裸纤和所述合束裸纤经过拉锥切割后，于截断处的数值孔径均小于等于所述输出光纤的数值孔径。

其中，所述锥形部在所述截断处的直径与所述输出光纤的包层的直径相等。

其中，所述锥形部通过氢氧焰、石墨片等加热方式制成。

其中，所述合束玻璃管的外径大于所述输出光纤的直径。

其中，所述磨砂区域是通过磨砂腐蚀或者二氧化碳毛化形成。

其中，所述磨砂区域的磨砂深度距离所述合束裸纤的纤芯及所述输出裸纤的纤芯大于20微米。

其中，所述中心光纤、合束光纤和输出光纤中的每一个为多模光纤或者单模光纤。

其中，所述中心光纤和所述输出光纤的数量分别为1根，所述合束光纤的数量为6根。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供了一种激光合束器，包括中心光纤、若干合束光纤、合束玻璃管和输出光纤，在所述激光合束器的表面通过磨砂腐蚀或者二氧化碳毛化的方式，形成磨砂区域，起到剥除包层光的效果，使得在所述激光合束器中的残余包层光能够均匀的耗散到四周的空气、液体或者散热件上，减少了局部的温升点，使得激光合束器更安全，更可靠地运行于高功率的环境中。

附图说明

图1是本实用新型其中一实施例的激光合束器的结构示意图；

图2是图1所示的激光合束器的合束光纤的结构示意图；

图3是图1所示的激光合束器加工前的结构示意图；

图4是图1所示的激光合束器的截面图；

图5是图1所示的激光合束器拉锥后的结构示意图；

请参阅图1至图5,100为激光合束器，1为中心光纤，2为合束光纤，3为合束玻璃管，4为输出光纤，5为锥形部，6为磨砂区域，11为中心裸纤，21为合束裸纤，22为涂覆层，23为包层，24为纤芯，31为合束玻璃管内壁，41为输出裸纤。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实用新型其中一实施例提供的一种激光合束器100，包括中心光纤1、若干合束光纤2、合束玻璃管3和输出光纤4，所述合束光纤2环绕于所述中心光纤1，所述中心光纤1包括去除涂覆层的中心裸纤11，所述合束光纤2包括去除涂覆层的合束裸纤21，所述输出光纤4包括去除涂覆层的输出裸纤41，所述合束玻璃管3套于所述中心裸纤11和所述合束裸纤21，所述合束玻璃管3、所述中心裸纤11和所述合束裸纤21熔融拉锥切割后形成一锥形部5，所述锥形部5的一端与所述输出裸纤41连接，所述激光合束器100还包括磨砂区域6,所述磨砂区域6形成于所述激光合束器100的表面，覆盖所述锥形部5，并且超出所述锥形部5约5毫米以上。需要说明的是，图1中的虚线方框仅用于表示所述锥形部5和所述磨砂区域6分别沿所述输出光纤4的轴向的长度范围。

请参阅图2，所述合束光纤2由最外层的涂覆层22、中间的包层23和里面的纤芯24组成。

所述涂覆层22为聚合物材料制备而成，例如由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙等组成的弹性涂料，涂覆层22套于所述包层23，用于合束光纤2不受外力伤害，使合束光纤2能够弯曲而不至于断裂。

所述包层23由玻璃材料制备而成，例如二氧化硅、氟玻璃等等，用于传输激光。

所述纤芯24为圆柱体形状，由玻璃材料制备而成，例如二氧化硅、氟玻璃等等。纤芯24可以掺杂增益介质，增益介质是指能够产生光场、并能够使光场受激放大的粒子或元素，例如：铒、镱、铥、钬、镨、铷、铋等，增益介质能够通过吸收泵浦光，在特定两个能级之间实现粒子数反转，并利用粒子在这两个能级之间的受激跃迁过程产生激光，在产生激光的同时，能够基于量子亏损效应产生热量。同时，可以根据需要选择掺杂的增益介质使得纤芯24对特定波段的激光无吸收作用。

所述中心光纤1和所述输出光纤4的结构和所述合束光纤的结构一致，此处不再一一赘述。

在本实施例中，所述中心光纤的参数可以为：纤芯直径6.2微米，包层直径125微米，涂覆层直径245微米，数值孔径为0.14。

所述合束光纤的参数可以为：光纤纤芯直径20微米，包层直径395微米，涂覆层直径550微米，数值孔径0.065.

所述输出光纤的参数可以为：光纤纤芯直径51微米，包层直径367微米，涂覆层直径570微米，数值孔径0.22.

所述合束玻璃管的参数可以为：合束玻璃管内壁直径995微米，所述锥形部直径为367微米。

请一并参阅图3至图5，所述中心光纤1的数量为1根，所述合束光纤2的数量为6根，所述合束光纤2环绕于所述中心光纤1，所述合束玻璃管3呈圆柱形，将所述中心光纤1的一端去掉涂覆层，所述去掉涂覆层的部分为中心裸纤11，将所述合束光纤2的一端去掉涂覆层，所述去掉涂覆层的部分为合束裸纤21，将所述合束玻璃管3套于所述中心裸纤11和所述合束裸纤21，所述合束玻璃管3内的中心裸纤11和合束裸纤21呈环形排布，要求相邻两个合束裸纤21的间距A、合束裸纤21与中心裸纤11的间距B和合束裸纤21与合束玻璃管内壁31间距C都要小于20微米。需要说明的是，所述合束光纤2的数量可以根据实际需求改变为其它数量，例如3根、4根等等。

通过高温火焰加热的方式熔融所述合束玻璃管3、所述中心裸纤11和所述合束裸纤21，在高温火焰加热的过程中，对所述合束玻璃管3、所述中心裸纤11和所述合束裸纤21的两端施加一定的拉力，使得所述合束玻璃管3及其里面的中心裸纤11和合束裸纤21呈中间小两端大的形状，再通过氢氧焰、石墨片等加热方式把所述合束玻璃管3套接的区域烧制出特定长度的锥区，并于合适的位置切割，形成一锥形部5。所述中心裸纤11和所述合束裸纤21经过拉锥切割后，于截断处的数值孔径均小于等于所述输出光纤4的数值孔径。所述输出光纤4的数量为1根，所述输出光纤4包括去除涂覆层的输出裸纤41，所述锥形部5与所述输出裸纤41熔接，并且所述锥形部5在截断处的直径与所述输出光纤4的包层的直径相等，均为367微米。在所述激光合束器100的表面通过磨砂腐蚀或者二氧化碳毛化等方式形成一层磨砂区域6。要求磨砂区域6覆盖所述激光合束器100的锥形部5，并且超出所述锥形部5约5毫米以上。所述磨砂区域6距离所述合束裸纤21的纤芯及所述输出裸纤41的纤芯大于20微米，可以有效避免了磨砂区域6对纤芯传输的信号光的剥除和泄露。需要说明的是，所述磨砂区域6超出所述锥形部5约5毫米以上是根据加工工艺而定的。

所述中心光纤1、所述合束光纤2和所述输出光纤4中的每一个为多模光纤或者单模光纤，所述单模光纤只能传输一种模式的光纤，所述多模光纤可以传输多种模式的光纤。

在本实施例的应用中，激光从所述合束光纤2和所述中心光纤1的纤芯注入，经过所述锥形部5与所述输出裸41纤的连接处后耦合到输出光纤4的纤芯，由于所述磨砂区域6没有触及纤芯，因此没有影响到所述激光合束器100中的能量传输。于此同时，由于所述磨砂区域6的存在，以下情况的包层光将被剥除干净：1，合束前，多根信号光纤的残留泵浦光；2，信号光在信号光纤传输过程中的从纤芯泄露到包层形成的包层光；3，能量合束器多个信号光纤与输出光纤的熔接偏位引起的包层光；4，切割高反材料过程中，从切割表面并且耦合道输出光纤返回的包层光。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供了一种激光合束器100，包括中心光纤1、若干合束光纤2、合束玻璃管3和输出光纤4，在所述激光合束器100的表面通过磨砂腐蚀或者二氧化碳毛化的方式，形成磨砂区域6，起到剥除包层光的效果，使得在所述激光合束器100中的残余包层光能够均匀的耗散到四周的空气、液体或者散热件上，减少了局部的温升点，使得激光合束器更安全，更可靠地运行于高功率的环境中。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施方式，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施方式，这些实施方式不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施方式，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光合束器，其特征在于，包括：中心光纤、若干合束光纤、合束玻璃管和输出光纤，所述合束光纤环绕于所述中心光纤，所述中心光纤包括去除涂覆层的中心裸纤，所述合束光纤包括去除涂覆层的合束裸纤，所述输出光纤包括去除涂覆层的输出裸纤，所述合束玻璃管套于所述中心裸纤和所述合束裸纤，所述合束玻璃管、所述中心裸纤和所述合束裸纤熔融拉锥切割后形成一锥形部，所述锥形部与所述输出裸纤连接，所述激光合束器包括磨砂区域，所述磨砂区域至少覆盖所述锥形部。

2.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述锥形部与所述输出裸纤的连接方式为熔接。

3.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述中心裸纤和所述合束裸纤经过拉锥切割后，于截断处的数值孔径均小于等于所述输出光纤的数值孔径。

4.根据权利要求3所述的激光合束器，其特征在于，所述锥形部在所述截断处的直径与所述输出光纤的包层的直径相等。

5.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述锥形部通过氢氧焰、石墨片等加热方式制成。

6.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述合束玻璃管的外径大于所述输出光纤的直径。

7.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述磨砂区域是通过磨砂腐蚀或者二氧化碳毛化形成。

8.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述磨砂区域距离所述合束裸纤的纤芯及所述输出裸纤的纤芯大于20微米。

9.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述中心光纤、合束光纤和输出光纤中的每一个为多模光纤或者单模光纤。

10.根据权利要求1所述的激光合束器，其特征在于，所述中心光纤和所述输出光纤的数量分别为1根，所述合束光纤的数量为6根。