CN217846700U

CN217846700U - 一种光纤准直器结构及激光器

Info

Publication number: CN217846700U
Application number: CN202222105427.0U
Authority: CN
Inventors: 谢绍平; 周士安; 张永平; 马建文; 张瑞
Original assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2032-08-10

Abstract

本实用新型公开一种光纤准直器结构及激光器，涉及光纤准直器技术领域。所述光纤准直器结构包括有源光纤、透镜和套管组件，所述透镜的入射端面与所述有源光纤熔接；所述套管组件包括扩径套管和对接导向套管，所述扩径套管套设在所述有源光纤外，所述对接导向套管套设在所述扩径套管和所述透镜外，以导向所述有源光纤与所述透镜的对接。本实用新型通过将所述有源光纤直接与所述透镜熔接，所述透镜既可以起到扩束的作用，相比使用无芯光纤连接扩束效果更好，可以降低输出光斑的能量密度，提高光纤准直器结构的耐受功率，降低安全隐患，同时通过套管组件进行固定对接，保证输出准直度。

Description

一种光纤准直器结构及激光器

技术领域

本实用新型涉及光纤准直器技术领域，特别涉及一种光纤准直器结构及激光器。

背景技术

高功率光纤激光器结合先进的激光技术创建的激光系统，具有优良的光束质量、光光效率和高输出功率。它们目前广泛用于部件打标、切割、钻孔、焊接和医疗手术，目前还在开发其它应用如武器系统。市场上比较常见的用于激光打标的激光器，一般功率在20W-100W。输出功率越高时，对激光器的准直器的要求越高。因为当激光功率达到一定程度后，由于过高的能量密度，准直器的输出端面(含内部某个端面)很容易损伤，且熔接点容易温度过高受损，从而导致准直器烧毁甚至激光器也会被损坏。因此在光纤激光器功率越来越高的趋势下，对输出准直器的承受功率和可靠性都提出了更高的要求。

目前市场上制作高功率准直器的主流技术都是采用无源光纤先制作光纤端帽，然后再和C-lens进行准直输出，而制作光纤端帽的通常方法是在传输光纤末端熔接一段多模光纤或无芯光纤。这样制作的光纤端帽可以扩大光纤端面的输出光斑大小，但扩大的直径还是有限的。如光纤直径限制，当熔接的光纤直径为0.4mm时，则扩大后的光斑直径必须小于0.4mm。当激光器的输出功率进一步提高时，光纤端帽则不能最大程度的扩大端面的输出光斑，也不能进一步的降低输出光斑的能量密度，给激光器的安全带来了一定的安全隐患。

传统的光隔离器通常有一段较长的无源光纤，用在光纤激光器中时，这段光纤先与剥模器的光纤熔接，剥模器的光纤再与有源光纤熔接，熔接点会产生熔接损耗和模场失配的问题，熔接损耗造成熔接点发热，模场失配影响光束质量，而熔接点越多，激光功率越高，这些问题越突出。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种光纤准直器结构及激光器，旨在解决现有光纤准直器的扩束能力有限存在安全隐患，而且准直效果一般的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种光纤准直器结构，包括：

有源光纤；

透镜，所述透镜的入射端面与所述有源光纤熔接；以及，

套管组件，包括扩径套管和对接导向套管，所述扩径套管套设在所述有源光纤外，所述对接导向套管套设在所述扩径套管和所述透镜外，以导向所述有源光纤与所述透镜的对接。

可选地，在所述对接导向套管外还套设有金属管。

可选地，所述金属管的壁厚为t，且t≥1mm；和/或，

所述金属管包括铜管或者镀金管。

可选地，所述光纤准直器结构还包括粘胶，其中：

所述粘胶设于所述源光纤和所述扩径套管之间；和/或，

所述粘胶设于所述扩径套管和所述对接导向套管之间；和/或，

所述粘胶设于所述透镜和所述对接导向套管之间；和/或，

所述粘胶设于所述金属管和所述对接导向套管之间。

可选地，所述粘胶包括导热性环氧树脂胶。

可选地，所述有源光纤包括包层和包裹所述包层的涂覆层，所述包层向外突出所述涂覆层设置以形成包层连接部，所述包层连接部与所述透镜的入射端面连接。

可选地，所述透镜的出射端面呈球面设置；和/或，

所述透镜的入射端面呈平面设置。

可选地，所述透镜的出射端面镀有增透膜。

可选地，在所述有源光纤上设有剥模器，所述剥模器处于所述扩径套管背向所述透镜的一侧。

本实用新型还提出一种激光器，所述激光器包括如上所述的光纤准直器结构，该光纤准直器结构包括：

有源光纤；

透镜，所述透镜的入射端面与所述有源光纤熔接；以及，

本实用新型技术方案中，通过将所述有源光纤直接与所述透镜的入射端面熔接，中间省略了无源光纤，一方面减少熔接点，另一方面消除了无源光纤对扩束范围的限制，通过所述透镜起到扩束和准直的作用，扩束效果更好，提高所述光纤准直器结构的耐受功率，同时通过所述套管组件使所述有源光纤与所述透镜对接固定，对所述有源光纤起导向作用，提高准直效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的光纤准直器结构的一实施例的结构示意图；

图2为图1中光纤准直器的一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	光纤准直器	3	套管组件
1	有源光纤	31	扩径套管
				11	包层	32	对接导向套管
12	涂覆层	33	金属管
				2	透镜	4	剥模器

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

鉴于此，本实用新型对光纤准直器结构进行改进设计，旨在解决现有光纤准直器的扩束能力有限存在安全隐患，而且准直效果一般的技术问题。

请参阅图1和图2为本实用新型提出一种光纤准直器结构的一实施例，所述光纤准直器结构包括有源光纤、透镜和套管组件，所述透镜的入射端面与所述有源光纤的出射端熔接，所述套管组件包括扩径套管和对接导向套管，所述扩径套管套设在所述有源光纤外，所述对接导向套管套设在所述扩径套管和所述透镜外，以导向所述有源光纤与所述透镜的对接。在本实用新型技术方案中，光纤准直器中的所述有源光纤直接与所述透镜的入射端面熔接，省去现有技术中使用的无源光纤，减少了熔接点，降低光纤烧断的风险，并且通过所述透镜直接对所述有源光纤输出的光束进行扩束，扩束直径更大，可以有效降低输出光斑的能量密度，提升了所述光纤准直器的耐受功率，可以适配高功率的光纤激光器。同时通过所述套管组件辅助所述有源光纤与所述透镜的对接和校准，由于所述有源光纤的直径相比所述透镜较小，先通过所述扩径套管套设在所述有源光纤外，以便于所述有源光纤与所述透镜对接，然后通过所述对接导向套管套设在所述扩径套管和所述透镜外，实现导向所述有源光纤与所述透镜的对接，提高准直效果。

在本实施例中，为进一步提高所述光纤准直器的耐受功率和光斑直径，所述有源光纤采用大芯径高功率的有源光纤。

需要说明的是，在可控公差范围内，尽量保证所述扩径套管的外径与所述透镜的外径一致，所述对接导向套管的内径与所述扩径套管和所述透镜的外径一致，以使得所述透镜的中心线与所述有源光纤的中心线在同一条直线上，保证对接的准直度。其中，所述对接导向套管为石英玻璃管。

进一步地，在所述对接导向套管外还套设有金属管，用以给所述光纤准直器散热，需要说明的是，在可控公差范围内，所述金属管的内径与所述对接导向套管的外径一致，便于安装的同时，使所述金属管与所述对接导向套管贴合，易于散热，同时也可以起到对所述光纤准直器的保护作用。

进一步地，所述金属管的壁厚为t，且t≥1mm，以保证散热的效果，可以理解的是，所述金属管的材质为导热效果散热效果好的金属材质，在本实施例中，所述金属管包括铜管或者镀金管，在本实用新型其他实施例中，所述金属管还可以是其他导热散热效果好的金属材质管。

进一步地，所述光纤准直器结构还包括粘胶，其中：所述粘胶设于所述源光纤和所述扩径套管之间；和/或，所述粘胶设于所述扩径套管和所述对接导向套管之间；和/或，所述粘胶设于所述透镜和所述对接导向套管之间；和/或，所述粘胶设于所述金属管和所述对接导向套管之间。以使得所述有源光纤、所述扩径套管、所述对接导向套管、所述透镜和所述金属管固定连接。

进一步地，所述粘胶包括导热性环氧树脂胶，保证所述光纤准直器的散热性能，提高所述光纤准直器的耐受功率。

在本实施例中，通过采用所述扩径套管、所述对接导向套管和所述金属管固定，增强了机械性和散热性，封装工艺和现有的主流工艺大体相似，生产工序简单易操作，节约成本易于推广。

在本实用新型实施例中，所述有源光纤包括包层和包裹所述包层的涂覆层，所述包层向外突出所述涂覆层设置以形成包层连接部，所述包层连接部与所述透镜的入射端面连接。在本实施例中，所述扩径套管与所述透镜间隔设置，所述包层连接部位于所述扩径套管与所述透镜之间的间隔位置，以防止在注入粘胶时，粘胶将所述包层连接部包裹。其中，所述涂覆层为光纤涂层，在实际生产过程中，将所述包层连接部的光纤涂层用涂层剥离设备剥离，并用切割刀将剥离的光纤涂层切掉，使所述包层连接部裸露在外面，所述包层连接部的长度一般不小于3mm，以便于所述包层连接部与所述透镜的入射端面连接。

在本实用新型实施例中，所述透镜的出射端面呈球面设置；和/或，所述透镜的入射端面呈平面设置。具体地，所述透镜的出射端面为曲率球面，以扩大出射光斑的面积，所述透镜的焦点位于所述透镜的入射端面的平面上。

需要说明的是，所述透镜的材料与所述光纤的折射率需要相同或者相近，以保证最终输出光斑的效果。

进一步地，所述透镜的出射端面镀有增透膜。在所述透镜的出射端面的曲率球面上镀制高损伤阈值的增透膜，以提高光信号的传输能力，同时还可以降低回返光强度，减弱回返光的不利影响。

在本实用新型实施例中，在所述有源光纤上设有剥模器，所述剥模器处于所述扩径套管背向所述透镜的一侧。所述剥模器具体设置在所述光纤准直器和所述有源光纤的输入端之间，在本技术方案中，直接在所述有源光纤上制作剥模器，使所述剥模器的两边没有熔接点，提高输出功率。需要说明的是，直接在有源光纤上制作剥模器的工艺已较为成熟，在此不做过多解释。

本实用新型技术方案中，所述光纤准直器结构直接通过有源光纤制作，扩大了出射端面的光斑面积，降低端面输出光斑的能量密度十倍以上，大大提高了光纤准直器的耐受功率和安全系数。并且激光器减少了多个熔接点，使得输出功率的损失减少，输出光斑模式更加稳定，且输入端无需使用无源光纤，简化结构，降低成本。

此外，本实用新型还提出一种激光器，所述激光器包括光纤准直器结构。可以理解的是，由于本实用新型所述激光器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种光纤准直器结构，其特征在于，包括：

有源光纤；

透镜，所述透镜的入射端面与所述有源光纤熔接；以及，

2.如权利要求1所述的光纤准直器结构，其特征在于，在所述对接导向套管外还套设有金属管。

3.如权利要求2所述的光纤准直器结构，其特征在于，所述金属管的壁厚为t，且t≥1mm；和/或，

所述金属管包括铜管或者镀金管。

4.如权利要求2所述的光纤准直器结构，其特征在于，所述光纤准直器结构还包括粘胶，其中：

所述粘胶设于所述源光纤和所述扩径套管之间；和/或，

所述粘胶设于所述透镜和所述对接导向套管之间；和/或，

所述粘胶设于所述金属管和所述对接导向套管之间。

5.如权利要求4所述的光纤准直器结构，其特征在于，所述粘胶包括导热性环氧树脂胶。

6.如权利要求1所述的光纤准直器结构，其特征在于，所述有源光纤包括包层和包裹所述包层的涂覆层，所述包层向外突出所述涂覆层设置以形成包层连接部，所述包层连接部与所述透镜的入射端面连接。

7.如权利要求1所述的光纤准直器结构，其特征在于，所述透镜的出射端面呈球面设置；和/或，

所述透镜的入射端面呈平面设置。

8.如权利要求1所述的光纤准直器结构，其特征在于，所述透镜的出射端面镀有增透膜。

9.如权利要求1所述的光纤准直器结构，其特征在于，在所述有源光纤上设有剥模器，所述剥模器处于所述扩径套管背向所述透镜的一侧。

10.一种激光器，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的光纤准直器结构。