CN210296857U - 实现环形光束的侧泵信号合束器 - Google Patents
实现环形光束的侧泵信号合束器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN210296857U CN210296857U CN201921755002.6U CN201921755002U CN210296857U CN 210296857 U CN210296857 U CN 210296857U CN 201921755002 U CN201921755002 U CN 201921755002U CN 210296857 U CN210296857 U CN 210296857U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- pump signal
- side pump
- cladding
- inner cladding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
本实用新型涉及激光光束整形技术，旨在提供一种实现环形光束的侧泵信号合束器，包括一根主信号光纤和至少一根侧泵信号光纤，主信号光纤由内而外具有三层结构，分别为纤芯、内包层和外包层，折射率分布为：纤芯n3<外包层n1<内包层n2，所述侧泵信号光纤为至少有两层波导结构大模场双包层光纤，所述侧泵信号光纤的一端与主信号光纤融合。通过控制侧泵信号光纤的融合角度及融合长度，将光路限制在内包层内并沿包层环形传播，从而在主信号光纤中实现环形模式光斑的输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光光束整形技术领域，尤其涉及一种实现环形光束的侧泵信号合束器。
背景技术
光纤激光器目前被誉为第三代激光器，相对CO2或YAG激光器，光纤激光器具有光电转换效率高、结构简单、易于维护、光束质量好等优点，目前已成为激光技术发展的主流方向和激光应用的主力军，在激光打标、激光切割、医疗设备、激光光纤通讯等方面均有应用。为在不同应用条件下充分实现光纤激光器的优势，在特定条件下需要将输出光斑进行整形，将输出光斑整形为平顶光斑、环形光斑等特定形状，从而满足不同应用需求。
针对激光环形光斑的研究日益增多，应用广泛。在宏观机械切割方面，环形光斑已经表现出了明显优势，尤其在切割厚板时获得的断面质量明显优于平顶光斑；环形光斑用于激光熔覆，低功率下获得的合金熔覆层无孔洞、无裂纹且合金层分布均匀；激光内雕机，利用输出环形光斑的激光器，配合三维电机控制平台，可以在玻璃上打出任意三维内雕图形，与高斯光斑打出长锥形区别相比，环形光斑在应用过程中出现球差要小的多，在玻璃内打出的点直径小且为圆球形，美观度得到大大提升。随着应用范围的增大，如何获得稳定、高光束质量的环形光斑尤为重要。
目前实验上实现光束环形光斑的可以分为腔外变换及腔内变换。腔外变换目前为主要获取方式，如几何光学法、横模选择法、光学全息法等，腔外变换的最大的劣势是空间整形，结构较复杂，需要增加额外器件，且对光路要求高；腔内变换偏少，有通过在腔内增加特殊膜片或小孔，使输出光斑直接为环形，该方法激光器功率偏低，不适用于高功率光纤激光器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种侧泵信号合束器，通过直接将信号光通过侧泵入主信号光纤方式，实现腔内对输出光束进行环形光整形。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种实现环形光束的侧泵信号合束器，包括一根主信号光纤和至少一根侧泵信号光纤，主信号光纤由内而外具有三层结构，分别为纤芯、内包层和外包层，折射率分布为：纤芯n3<外包层n1<内包层n2，所述侧泵信号光纤为至少有两层波导结构大模场双包层光纤，所述侧泵信号光纤的一端与主信号光纤融合。
侧泵信号光纤的融合角度为20′～50′，融合长度为20um～1000um。
在另一优选例中，所述侧泵信号光纤的融合角度为20′-30′，融合长度为100um～500um。
所述主信号光纤的纤芯直径为10um～150um；内包层直径为30um～400um，外包层直径为100um～1000um。
在另一优选例中，所述主信号光纤的纤芯直径为15um～100um；内包层直径为50um～300um，外包层直径为150um～800um。
在另一优选例中，所述主信号光纤的纤芯直径为20um～100um；内包层直径为70um～150um，外包层直径为300um～600um。
在另一优选例中，所述主信号光纤的纤芯直径为20um，内包层直径为70um，外包层直径为360um。
所述侧泵信号光纤的纤芯直径为10～1000um，包层直径为125～1100um。
在另一优选例中，所述侧泵信号光纤的纤芯直径为10～200um，包层直径为200～500um。
在另一优选例中，所述侧泵信号光纤的纤芯直径为30um，包层直径为250um。
所述主信号光纤内包层数值孔径为0.03～0.5。
所述侧泵信号光纤数值孔径为0.03～0.5。
本实用新型相对现有技术的优点在于：
(1)光束整形效果稳定性强，封装后对使用环境要求程度不高；
(2)腔内光束整形，结构简单，便于集成于光纤激光器内部，体积小；
(3)低损耗，可承受阈值功率高；
(4)所获得的环形光束可调节光斑范围大。
附图说明
图1为本实用新型实施例环形光斑整形结构示意图。
图2为主信号光纤折射率示意图。
图3为融合区域参数示意图。
图4为本实用新型截面光路传输示意图。
图5为本实用新型光路水平传输示意图。
图6为激光光束整形前后光斑分布图，其中图A、C分别为整形前的高斯分布光束及对应强度分布，图B、D分别为整形后的环形分布光束及对应的强度分布。
上述附图中的标记：
1主信号光纤；1-1外包层；1-2内包层；1-3纤芯；2侧泵信号光纤。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。
实施例1：
如图1所示，一种侧泵信号合束器，具有两根侧泵信号光纤2和一根主信号光纤1，两根侧泵信号光纤2采用至少有两层波导结构的大模场双包层光纤，主信号光纤1采用特殊结构的三包层光纤，外包层1-1折射率为n1，内包层1-2折射率为n2，纤芯1-3折射率为n3，折射率分布情况如图2所示：n3<n1<n2，侧泵信号光纤2经拉锥，光纤纤芯和包层直径等比例减小，导致模场分布变化，依次将侧泵信号光纤的模场从由纤芯多模、纤芯单模、包层多模，最后至包层单模，进而与主信号光纤1进行融合后，在无折射率差异的情况下直接导入外包层1-1，信号光在外包层1-1传导，到达内包层1-2界面，达到内包层1-2的NA范围内的光将全部导入内包层1-2，通过控制侧泵信号光纤的融合长度L与主信号光纤的融合角θ，调整入射光束角度，将光路限制在内包层1-2内并沿内包层1-2环形传播。
图3为融合区域参数示意图：
融合长度L：侧泵信号光纤2开始与主信号光纤1贴合为起点，侧泵信号光纤2与主信号光纤1贴合结束为终点，两者之间的距离即为融合长度。
融合角度θ：侧泵信号光纤2与主信号光纤1融合后形成的夹角。
如图4为截面光路传输示意图：从融合位置的垂直方向看光路行进方向，是以两支侧泵信号光纤2注入为例，信号光自侧臂进入主信号光纤1，首先进入的为主信号光纤外包层1-1，通过控制入射角大小(左右两图分别指示在不同入射角时可能出现的光路传播情况)，将传输光路限制在主信号光纤内包层1-2的NA范围内，被内包层1-2捕获，并在内包层1-2与外包层1-1界面以及内包层1-2与纤芯1-1界面往返全反射传播，从而以环形光斑的形式输出最终效果。
侧泵信号光纤2与主信号光纤1的具体参数为：
侧泵信号光纤2纤芯/包层：30/250um，NA：0.065+/-0.005双包层光纤；
主信号光纤1纤芯1-3/内包层1-2/外包层1-1：20/70/360um，内包层1-2的NA：0.22+/-0.02三包层光纤；
光纤拉锥方式包括不限于氢氧焰拉锥，CO2激光拉锥，电极拉锥等方法；
侧泵信号光纤2融合方式包括但不限于氢氧焰融合、电极熔接等方法；
侧泵信号光纤2控制融合长度L优选100～500um，融合角θ优选20-30′。
实施例2：
如图5所示，一种侧泵信号合束器，具有一根侧泵信号光纤2和一根主信号光纤1，一根侧泵信号光纤2采用至少有两层波导结构的大模场双包层光纤，主信号光纤1采用特殊结构的三包层光纤，外包层1-1折射率为n1，内包层1-2折射率为n2，纤芯1-3折射率为n3，折射率分布情况如图2所示：n3<n1<n2，侧泵信号光纤2经拉锥，光纤纤芯和包层直径等比例减小，导致模场分布变化，依次将侧泵信号光纤的模场从由纤芯多模、纤芯单模、包层多模，最后至包层单模，进而与主信号光纤1进行融合后，在无折射率差异的情况下直接导入外包层1-1，信号光在外包层1-1传导，到达内包层1-2界面，达到内包层1-2的NA范围内的光将全部导入内包层1-2，通过控制侧泵信号光纤的融合长度L与主信号光纤的融合角θ，调整入射光束角度，将光路限制在内包层1-2内并沿内包层1-2环形传播图中带箭头的实线为光路传输的方向。
侧泵信号光纤2与主信号光纤1的具体参数为：
侧泵信号光纤2纤芯/包层：20/400um，NA：0.06+/-0.005双包层光纤；
主信号光纤1纤芯1-3/内包层1-2/外包层1-1：100/130/660um，内包层1-2的NA：0.2+/-0.02三包层光纤；
光纤拉锥方式包括不限于氢氧焰拉锥，CO2激光拉锥，电极拉锥等方法；
侧泵信号光纤2融合方式包括但不限于氢氧焰融合、电极熔接等方法；
侧泵信号光纤2控制融合长度l优选20～100um，融合角θ优选30-50′。
实施例3：
一种侧泵信号合束器，具有一根侧泵信号光纤2和一根主信号光纤1，一根侧泵信号光纤2采用至少有两层波导结构的大模场双包层光纤，主信号光纤1采用特殊结构的三包层光纤，外包层1-1折射率为n1，内包层1-2折射率为n2，纤芯1-3折射率为n3，折射率分布情况如图2所示：n3<n1<n2，侧泵信号光纤2经拉锥，光纤纤芯和包层直径等比例减小，导致模场分布变化，依次将侧泵信号光纤的模场从由纤芯多模、纤芯单模、包层多模，最后至包层单模，进而与主信号光纤1进行融合后，在无折射率差异的情况下直接导入外包层1-1，信号光在外包层1-1传导，到达内包层1-2界面，达到内包层1-2的NA范围内的光将全部导入内包层1-2，通过控制侧泵信号光纤的融合长度L与主信号光纤的融合角θ，调整入射光束角度，将光路限制在内包层1-2内并沿内包层1-2环形传播。
侧泵信号光纤2与主信号光纤1的具体参数为：
侧泵信号光纤2纤芯/包层：50/400um，NA：0.09+/-0.005双包层光纤；
主信号光纤1纤芯1-3/内包层1-2/外包层1-1：30/80/600um，内包层1-2的NA：0.15+/-0.02三包层光纤；
光纤拉锥方式包括不限于氢氧焰拉锥，CO2激光拉锥，电极拉锥等方法；
侧泵信号光纤2融合方式包括但不限于氢氧焰融合、电极熔接等方法；
侧泵信号光纤2控制融合长度l优选200～500um，融合角θ优选20-40′。
实施例4：
一种侧泵信号合束器，具有三根侧泵信号光纤2和一根主信号光纤1，三根侧泵信号光纤2采用至少有两层波导结构的大模场双包层光纤，主信号光纤1采用特殊结构的三包层光纤，外包层1-1折射率为n1，内包层1-2折射率为n2，纤芯1-3折射率为n3，折射率分布情况如图2所示：n3<n1<n2，侧泵信号光纤2经拉锥，光纤纤芯和包层直径等比例减小，导致模场分布变化，依次将侧泵信号光纤的模场从由纤芯多模、纤芯单模、包层多模，最后至包层单模，进而与主信号光纤1进行融合后，在无折射率差异的情况下直接导入外包层1-1，信号光在外包层1-1传导，到达内包层1-2界面，达到内包层1-2的NA范围内的光将全部导入内包层1-2，通过控制侧泵信号光纤的融合长度L与主信号光纤的融合角θ，调整入射光束角度，将光路限制在内包层1-2内并沿内包层1-2环形传播。
侧泵信号光纤2与主信号光纤1的具体参数为：
侧泵信号光纤2纤芯/包层：10/125um，NA：0.09+/-0.005双包层光纤；
主信号光纤1纤芯1-3/内包层1-2/外包层1-1：10/30/100um，内包层1-2的NA：0.15+/-0.02三包层光纤；
光纤拉锥方式包括不限于氢氧焰拉锥，CO2激光拉锥，电极拉锥等方法；
侧泵信号光纤2融合方式包括但不限于氢氧焰融合、电极熔接等方法；
侧泵信号光纤2控制融合长度l优选200～500um，融合角θ优选20-40′。
实施例5：
一种侧泵信号合束器，具有两根侧泵信号光纤2和一根主信号光纤1，两根侧泵信号光纤2采用至少有两层波导结构的大模场双包层光纤，主信号光纤1采用特殊结构的三包层光纤，外包层1-1折射率为n1，内包层1-2折射率为n2，纤芯1-3折射率为n3，折射率分布情况如图2所示：n3<n1<n2，侧泵信号光纤2经拉锥，光纤纤芯和包层直径等比例减小，导致模场分布变化，依次将侧泵信号光纤的模场从由纤芯多模、纤芯单模、包层多模，最后至包层单模，进而与主信号光纤1进行融合后，在无折射率差异的情况下直接导入外包层1-1，信号光在外包层1-1传导，到达内包层1-2界面，达到内包层1-2的NA范围内的光将全部导入内包层1-2，通过控制侧泵信号光纤的融合长度L与主信号光纤的融合角θ，调整入射光束角度，将光路限制在内包层1-2内并沿内包层1-2环形传播。
侧泵信号光纤2与主信号光纤1的具体参数为：
侧泵信号光纤2纤芯/包层：50/400um，NA：0.09+/-0.005双包层光纤；
主信号光纤1纤芯1-3/内包层1-2/外包层1-1：150/400/1000um，内包层1-2的NA：0.25+/-0.02三包层光纤；
光纤拉锥方式包括不限于氢氧焰拉锥，CO2激光拉锥，电极拉锥等方法；
侧泵信号光纤2融合方式包括但不限于氢氧焰融合、电极熔接等方法；
侧泵信号光纤2控制融合长度L优选200～1000um，融合角θ优选30-50′。
实际制作过程可以采用一根侧泵信号光纤2融入主信号光纤1，也可采用N根侧泵信号光纤2同时融合，以达到理想的环形光束能量分布，满足不同应用。
图6所示为激光光束整形前后光斑分布图，图A、C分别为整形前的高斯分布光束及对应强度分布，激光强度集中在正中心白色区域，图B、D分别为整形后的环形分布光束及对应的强度分布，激光强度以环形形式分布，边缘及中心区域强度最低。
上述附图仅为说明性示意图，并不对本实用新型的保护范围形成限制。应理解，这些实施例只是为了举例说明本实用新型，而非以任何方式限制本实用新型的范围。
Claims (5)
1.一种实现环形光束的侧泵信号合束器，其特征在于，包括一根主信号光纤和至少一根侧泵信号光纤，所述主信号光纤由内而外具有三层结构，分别为纤芯、内包层和外包层，折射率分布为：纤芯n3<外包层n1<内包层n2，所述侧泵信号光纤为至少有两层波导结构大模场双包层光纤，所述侧泵信号光纤的一端与所述主信号光纤融合。
2.根据权利要求1所述的实现环形光束的侧泵信号合束器，其特征在于，所述侧泵信号光纤的融合角度为20′～50′，融合长度为20um～1000um。
3.根据权利要求1所述的实现环形光束的侧泵信号合束器，其特征在于，所述主信号光纤的纤芯直径为10um～150um；内包层直径为30um～400um，外包层直径为100um～1000um。
4.根据权利要求1所述的实现环形光束的侧泵信号合束器，其特征在于，所述主信号光纤内包层数值孔径为0.03～0.5。
5.根据权利要求1所述的实现环形光束的侧泵信号合束器，其特征在于，所述侧泵信号光纤数值孔径为0.03～0.5。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921755002.6U CN210296857U (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 实现环形光束的侧泵信号合束器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921755002.6U CN210296857U (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 实现环形光束的侧泵信号合束器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210296857U true CN210296857U (zh) | 2020-04-10 |
Family
ID=70066491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201921755002.6U Active CN210296857U (zh) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | 实现环形光束的侧泵信号合束器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN210296857U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110707517A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-17 | 上海飞博激光科技有限公司 | 实现环形光束的侧泵信号合束器及其制备方法 |
-
2019
- 2019-10-18 CN CN201921755002.6U patent/CN210296857U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110707517A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-17 | 上海飞博激光科技有限公司 | 实现环形光束的侧泵信号合束器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109143475B (zh) | 一种耦合透镜系统 | |
| WO2022088307A1 (zh) | 一种输出光束形状可调的高功率全光纤激光合束器 | |
| CN210296857U (zh) | 实现环形光束的侧泵信号合束器 | |
| CN210465873U (zh) | 一种光束能量分布可调的点环形激光输出结构 | |
| CN111244737B (zh) | 一种棒状光子晶体光纤放大器 | |
| CN110707517A (zh) | 实现环形光束的侧泵信号合束器及其制备方法 | |
| CN113820787A (zh) | 一种单模多模调模器件及其制备方法 | |
| CN212134989U (zh) | 一种激光传输光纤 | |
| CN206283096U (zh) | 光路简单的百瓦级钬激光系统 | |
| CN203480079U (zh) | 一种减少反馈光进入光纤的端帽结构 | |
| CN101194857B (zh) | 激光手术刀 | |
| CN201681171U (zh) | 玻璃圆台激光光纤耦合器 | |
| CN111352249B (zh) | 实现平顶光束的侧泵信号合束器及其制备方法 | |
| CN102946045B (zh) | 光纤激光泵浦耦合器 | |
| CN212517876U (zh) | 一种可调输出光斑的光纤激光器 | |
| CN113777795A (zh) | 一种高功率光纤整形准直输出器 | |
| CN114280803B (zh) | 一种光纤激光合束器的制作方法 | |
| CN202975389U (zh) | 高功率光纤输出头 | |
| CN204765913U (zh) | 多路激光的合波系统 | |
| CN203480074U (zh) | 一种嵌入式端帽与光纤的连接结构 | |
| CN211028545U (zh) | 光纤复合光斑激光合束器 | |
| CN113495320B (zh) | 一种功率可调的同心点环斑合束器及其制作方法 | |
| CN115437157A (zh) | 一种输出高功率匀化方形光斑的装置 | |
| CN112180510A (zh) | 点环状激光输出的光纤器件及其制备方法 | |
| CN220271678U (zh) | 一种用于激光光束整形的光学装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 201821 room j2018, building 6, No. 1288, Yecheng Road, Jiading District, Shanghai Patentee after: Shanghai Feibo Laser Technology Co.,Ltd. Address before: 201821 4th floor, building 5, 2201 Yongsheng Road, Jiading District, Shanghai Patentee before: SHANGHAI FEIBO LASER TECHNOLOGIES Co.,Ltd. |