CN217281615U - 一种光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤激光器，上述光纤激光器包括光纤束，上述光纤束包括N根光纤，其中，N大于或等于2；上述光纤包括纤芯和包层，上述包层置于上述纤芯外层，上述包层的直径大于上述纤芯直径的1.1倍，且上述包层的直径小于上述纤芯直径的3倍。本实用新型提供的一种光纤激光器，通过光纤集束来提高输出功率，通过将光纤包层减薄减小发光区面积，从而提高总的光纤束的输出光束质量。

Description

一种光纤激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，进一步涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种采用新型合束结构的光纤激光器。

背景技术

光纤激光器具有诸多优点，在国民生产各领域中的应用正在蓬勃发展，方兴未艾。提高光纤激光器的输出功率，是光纤激光器发展的一个重要方向。更高的输出功率，意味着生产中更大的加工尺寸，更好的加工效果，或者军用中更佳的毁伤效果。目前国内的光纤激光器单纤输出在数千瓦量级，国外有数十千瓦的产品，但对国内禁运。

在提高单纤输出功率越来越难的情况下，将若干光纤合束后输出，就成了提高总输出功率的一个重要途径。虽然合束输出的方式降低了输出的光束质量，但在一些要求大功率而对光束质量要求不是很高的场合，能很好的满足其需求。

传统的光纤合束的方式有光纤合束器和透镜耦合的方式。光纤合束器采用熔融拉锥的方法，将若干根光纤先捆绑成一束，然后加热光纤束到熔融态，拉伸成一个锥区，锥区的尖端满足输出光纤的熔接要求。这种方法要求入射激光有很高的光束质量，这对于大功率的情况是很难的。同时要求锥区的形状完美，稍有激光泄露，几瓦的功率就能把锥区烧毁。另一种传统的方法是透镜耦合，也是现将若干光纤捆绑成一束，然后采用透镜耦合的方式将激光导入输出光纤。

不论采用哪种方法将光纤合束，现有的方法都有一个缺点，即在合束的过程中，总光纤束的光束质量变差，光束质量变差后，不论后面采用哪种合束方法，光束质量也不会变好了。

故有待提出一种新的光纤激光器，以提高光束质量。

实用新型内容

本实用新型提供了一种光纤激光器，以至少解决现有技术中未对光纤包层加以处理，使得集束后的光纤束的总面积很大而导致总光纤束的光束质量变差的技术问题。

本实用新型提供了一种光纤激光器，上述光纤激光器包括光纤束，上述光纤束包括N根光纤，其中，N大于或等于2；上述光纤包括纤芯和包层，上述包层置于上述纤芯外层，上述包层的直径大于上述纤芯直径的1.1倍，且上述包层的直径小于上述纤芯直径的3倍。

可选的，上述包层的直径大于上述纤芯直径的1.1倍，且上述包层的直径小于上述纤芯直径的2倍。

可选的，上述包层的直径大于上述纤芯直径的1.1倍，且上述包层的直径小于上述纤芯直径的1.5倍。

可选的，上述包层的直径大于上述纤芯直径的1.1倍，且上述包层的直径小于上述纤芯直径的1.3倍。

可选的，上述N根光纤的上述纤芯的圆心之间的距离大于上述纤芯直径的1.2倍，小于上述纤芯直径的3倍。

可选的，上述N根光纤的上述纤芯的圆心之间的距离为上述纤芯直径的1.5倍。

可选的，上述N等于5或N等于6或N等于7或N等于8。

可选的，包括N根上述光纤的上述光纤束的横截面为圆形。

可选的，上述光纤束的横截面的圆形的直径小于300um。

可选的，上述包层的厚度减薄的方式为是化学腐蚀或机械研磨。

本实用新型提供的一种光纤激光器，通过光纤集束来提高输出功率，通过将光纤包层减薄减小发光区面积，从而提高总的光纤束的输出光束质量。

本行业中，通常实用7x1输出耦合器来实现光纤集束输出(或者3x1、19x1等)，但使用输出耦合器，造成1增加了一个熔接点，2输出耦合器熔接点在锥区有泄露和发热问题，这都造成激光器的可靠性和稳定性下降。

本实用新型针对现有技术中的上述不足，提供了一种光纤激光器，其对光纤包层加以处理，由于包层的厚度变小，使得集束后的光纤束的总面积变小，从而使得子发光区的面积不变情况下，子发光区之间的距离变小，这导致总发光区面积变小，总光纤束的亮度提高，光束质量变好，光束质量变好后，不论后面采用何种光束变换方式，处理起来就更容易了。从而解决了现有技术中未对光纤包层加以处理，使得集束后的光纤束的总面积很大而导致总光纤束的光束质量变差的技术问题。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

图1为本实用新型实施例提供的一种可选的采用新型合束结构的光纤激光器的框架示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种可选的保持纤芯不变的包层减薄前的光纤束截面示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种可选的保持纤芯不变的包层减薄后的光纤束截面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种可选的光纤束结构爆炸示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请公开更加透彻和完整，并且能够将本申请公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本实施例如图1至图4所示。

本实用新型实施例提供了一种采用新型合束结构的光纤激光器，包括多个光纤激光器，多根输入光纤，一根输出光纤，或者没有输出光纤，输入光纤经过处理后直接输出使用。输入光纤包括纤芯和包层，将包层通过化学腐蚀或者机械研磨等方法减薄，减至不影响纤芯中的激光传输为止。包层减薄后的光纤集束排列时，总发光面积比不减薄集束减小了。7个这种光纤激光器经过集束方式输出后，于一个激光器相比，功率提高了7倍，光束质量只变差了3.5倍，而传统的方法要变差13.5倍。

本实用新型实施例提供了一种光纤激光器，上述光纤激光器包括光纤束，上述光纤束包括N根光纤1，其中，N大于或等于2；

上述光纤1包括纤芯11和包层12，上述包层12置于上述纤芯11外层，上述包层12的直径大于上述纤芯11直径的1.1倍，且上述包层12的直径小于上述纤芯11直径的3倍。

进一步的，上述包层12的直径大于上述纤芯11直径的1.1倍，且上述包层12的直径小于上述纤芯11直径的2倍。

进一步的，上述包层12的直径大于上述纤芯11直径的1.1倍，且上述包层12的直径小于上述纤芯11直径的1.5倍。

进一步的，上述包层12的直径大于上述纤芯11直径的1.1倍，且上述包层12的直径小于上述纤芯11直径的1.3倍。

进一步的，上述N根光纤1的上述纤芯11的圆心之间的距离大于上述纤芯11直径的1.2倍，小于上述纤芯11直径的3倍。

进一步的，上述N根光纤1的上述纤芯11的圆心之间的距离为上述纤芯11直径的1.5倍。

进一步的，上述N等于5或N等于6或N等于7或N等于8。

进一步的，包括N根上述光纤1的上述光纤束的横截面为圆形。

进一步的，上述光纤束的横截面的圆形的直径小于300um。

进一步的，上述包层12的厚度减薄的方式为是化学腐蚀或机械研磨。

针对上述光纤合束的缺点，本实用新型实施例采用一种新的合束结构，首先通过腐蚀或者研磨等方法，将光纤的包层减小到很小的厚度，但纤芯依然满足传输条件，再将若干包层减薄后的光纤捆绑成一束，则总面积比未减薄的总面积显著减小，如图2及图3所示，图2及图3分别为本实用新型实施例提供的一种可选的保持纤芯不变的包层减薄前后对比的光纤束截面示意图，同样的输出功率，由于发光面积减小了，则光束质量提高了。这样的光纤束，即可以直接接入切割头或者振镜使用，也可以通过熔融拉锥、透镜耦合或者直接对准的方式耦合进单根光纤后使用。

同时，由于包层被减薄了，光纤中包层模的传输条件被破坏了，使得包层模无法继续传输而漏出，这对于后续光纤的夹持固定等工作是有利的。

例如，如图1所示，对7台输出功率50W的光纤激光器进行合束，即光纤激光器1、光纤激光器2、光纤激光器3、光纤激光器4、光纤激光器5、光纤激光器6及光纤激光器7进行合束，光纤集束输出端如图1所示，激光器的输出光纤纤芯直径20um，包层直径125um，数值孔径0.08。首先采用化学腐蚀或者机械研磨的方法，将输出光纤的包层直径减薄到25um，纤芯中的光就可以正常传输，因此纤芯中的光并不会泄露。

将7根包层减薄后的光纤集束成一个截面为圆形排列，外部包络圆的直径是75um，如果只考虑到纤芯部分的包络圆，直径是70um，输出光纤的数值孔径是0.08；

光纤束作为一个整体，光束质量Kf＝70um*0.08rad/2＝2.8mm*mrad。

对比使用传统7根光纤集束方式的合束器的情况，合束器的输出纤芯之间的距离是270um，数值孔径0.08；

其光束质量Kf＝270um*0.08rad/2＝10.8mm*mrad。

可以看出，通过包层减薄的方法，在输入功率不变的情况下，输出光的光束质量提高了10.8/2.8＝3.9倍。而且由于不用拉锥和封装散热，制作工艺和工作可靠性都得到了很大提高。

经过合成后的光纤激光器，功率从50W增加到350W，增加了7倍；光束质量从0.8mm*mrad变为2.8mm*mrad；

只变差了2.8mm*mrad/0.8mm*mrad＝3.5倍。

可见，本实用新型实施例经过了创造性劳动，产生了意想不到的技术效果，进一步，这种新型合束结构组成包括2根或2根以上光纤合成一束，界面的组成如图2、图3及图4所示，光纤束结构由光纤1、光纤2、光纤3、光纤4、光纤5、光纤6、光纤7组成，光纤之间可以是粘接、熔接或外力抱紧等连接方式。对于每根光纤，由纤芯11和包层12组成。

工作原理：在同等条件下，光源面积越小，光源的亮度越高，而亮度高对后续光束的传输和变换是有利的。在若干根光纤组成光纤束的过程中，光纤包层的直径大小对整体光纤束的直径是有影响的，通过减小光纤包层的直径，可以减小光纤束的直径，从而减小光源面积。图2是光纤包层12减薄前光纤束的截面积，图3是光纤包层12减薄后的光纤束面积，可以直观看出，光纤束直径减小了。光纤包层12减薄的方式，可以是化学腐蚀、机械研磨等方式。

好处：减小光源的发光面积，从而提高发光亮度，提高激光束的光束质量。

创新点在于：对于20/125之类的大包层的光纤，通过减小包层直径的方法，减小光源的发光面积，从而提高光源的亮度。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本实用新型的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。

虽然已经参考若干具体实施方式描述了本实用新型的精神和原理，但是应该理解，本实用新型并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本实用新型旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (12)

1.一种光纤激光器，所述光纤激光器包括光纤束，其特征在于，所述光纤束包括N根光纤(1)，其中，N大于或等于2；

所述光纤(1)包括纤芯(11)和包层(12)，所述包层(12)置于所述纤芯(11)外层，所述包层(12)的直径大于所述纤芯(11)直径的1.1倍，且所述包层(12)的直径小于所述纤芯(11)直径的3倍。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述包层(12)的直径大于所述纤芯(11)直径的1.1倍，且所述包层(12)的直径小于所述纤芯(11)直径的2倍。

3.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，所述包层(12)的直径大于所述纤芯(11)直径的1.1倍，且所述包层(12)的直径小于所述纤芯(11)直径的1.5倍。

4.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述包层(12)的直径大于所述纤芯(11)直径的1.1倍，且所述包层(12)的直径小于所述纤芯(11)直径的1.3倍。

5.根据权利要求1至4任一所述的光纤激光器，其特征在于，所述N根光纤(1)的所述纤芯(11)的圆心之间的距离大于所述纤芯(11)直径的1.2倍，小于所述纤芯(11)直径的3倍。

6.根据权利要求5所述的光纤激光器，其特征在于，所述N根光纤(1)的所述纤芯(11)的圆心之间的距离为所述纤芯(11)直径的1.5倍。

7.根据权利要求1至4任一所述的光纤激光器，其特征在于，所述N等于5或N等于6或N等于7或N等于8。

8.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，包括N根所述光纤(1)的所述光纤束的横截面为圆形。

9.根据权利要求8所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤束的横截面的圆形的直径小于300um。

10.根据权利要求1至4、6、8或9任一所述的光纤激光器，其特征在于，所述包层(12)的厚度减薄的方式为是化学腐蚀或机械研磨。

11.根据权利要求5所述的光纤激光器，其特征在于，所述包层(12)的厚度减薄的方式为是化学腐蚀或机械研磨。

12.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，所述包层(12)的厚度减薄的方式为是化学腐蚀或机械研磨。

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