一種具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及光纖激光器和光纖放大器領(lǐng)域，具體涉及一種具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊、易散熱、工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、生物醫(yī)藥和國防軍事等諸多領(lǐng)域。近些年來，隨著雙包層光纖栗浦技術(shù)的成熟和光纖制造工藝的改進，光纖激光器的輸出功率也不斷提升，單模光纖激光器的輸出功率已經(jīng)突破10KW。伴隨著光纖激光器輸出功率的提高，激光輸出方式也面臨極大挑戰(zhàn)，其中一個最主要的問題就是輸出端面的光損傷和熱負載。由于激光是在直徑為幾十微米的光纖纖芯里面?zhèn)鬏敚@就意味著在大功率條件下纖芯光密度很高，容易帶來損傷。尤其是對于光纖輸出端面，由于后期處理中不可避免的缺陷，很容易損壞端面，帶來嚴重破壞。另一方面，激光從光纖傳播到空氣中時，由于二者折射率的差異，反射引起的回光會對前端的激光器結(jié)構(gòu)帶來影響，同時在輸出端面附近積累熱量，進一步加大光纖輸出端的破壞可能性。
[0003]在大功率光纖激光器輸出方面，光纖端帽作為一種有效的解決方案已經(jīng)被廣泛米用，如圖1所示，光纖纖芯11中的激光通過長度為L的玻璃光纖端帽21，在光纖端帽輸出鍍膜面22出射，光場直徑由cog發(fā)散為gh，出射面發(fā)散角變?yōu)?a。它的主要原理就是通過在石英光纖輸出端熔接一段折射率相同的玻璃棒，通過擴大光場分布面積和采用增透膜來解決輸出端的熱負載問題。由于沒有波導約束，激光光場在玻璃棒中逐漸發(fā)散，玻璃棒中單位面積上的光能量大大降低。而在玻璃棒表面鍍增透膜，大大減小端面回光，對激光器前端結(jié)構(gòu)起到很好的保護作用。盡管如此，這種方案也存在一個重要缺陷，就是只能傳輸纖芯中的信號光而無法處理包層中的栗浦光。以雙包層光纖栗浦技術(shù)中的包層栗浦光為例，一方面由于包層栗浦光的數(shù)值孔徑(NA)較大，在傳輸過程中向四周發(fā)散很快，無法集中輸出；另一方面則是由于栗浦光和信號光波長差異，使得增透膜對其失效，無法解決回光強的問題，會帶來大量的熱量積累。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、制作方便、能夠提升可承受輸出功率、提高可靠性和安全性的具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)，包括光纖、包層光濾除組件、玻璃光纖端帽及封裝組件和水冷循環(huán)組件，所述玻璃光纖端帽及封裝組件包括玻璃光纖端帽和封裝夾具，所述包層光濾除組件、玻璃光纖端帽及封裝組件均位于水冷循環(huán)組件中；所述光纖的光纖纖芯與玻璃光纖端帽熔接并封裝于封裝夾具中；所述包層光濾除組件為位于光纖纖芯一端上裸光纖區(qū)域的高折射膠水層，所述高折射膠水層利用折射效應(yīng)用來將光纖內(nèi)包層里的栗浦光轉(zhuǎn)換為高折射膠水層中的熱積累并通過水冷循環(huán)組件進行冷卻。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進:所述高折射膠水層由高折射率紫外膠水形成。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進:所述高折射膠水層的折射率高于所述光纖中光纖包層中內(nèi)包層的折射率。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進:所述水冷循環(huán)組件包括外夾具、進水口、內(nèi)循環(huán)通道、外循環(huán)通道和出水口，所述外夾具與封裝夾具相連，所述內(nèi)循環(huán)通道和外循環(huán)通道形成于外夾具與封裝夾具之間的空腔;所述內(nèi)循環(huán)通道和外循環(huán)通道之間通過通水孔連接。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進:在水冷循環(huán)組件中低溫度的冷卻水從進水口進入內(nèi)循環(huán)通道，直接對所述高折射膠水層中的熱積累進行水冷處理，然后通過所述通水孔進入外循環(huán)通道，最后從出水口排出。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進:所述外循環(huán)通道的外側(cè)安裝有溫度傳感器，所述溫度傳感器通過電纜與前端控制器相連，當所述外循環(huán)通道的探測溫度達到閾值時，前段控制器自動切斷電源。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進:所述包層光濾除組件以及玻璃光纖端帽與封裝夾具之間都通過膠水連接。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進:所述封裝夾具和水冷循環(huán)組件中的外夾具之間通過螺紋和膠水連接。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明的具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、制作方便，通過增加包層光濾除組件，可以直接處理帶包層光的激光輸出。
[0014]2、本發(fā)明的具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)，水冷組件能夠有效提高了整個輸出結(jié)構(gòu)的熱負載能力，進一步提升可承受的輸出功率。
[0015]3、本發(fā)明的具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)，集成了包層光濾除和光纖端帽輸出結(jié)構(gòu)，采用統(tǒng)一水冷裝置，結(jié)構(gòu)緊湊實用。
[0016]4、本發(fā)明的具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)，通過設(shè)置具有溫度傳感器的溫度控制模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)及時切斷功能，可以有效保護激光器系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中普通光纖端帽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中包層光濾除的原理示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中水冷循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖例說明:
I1、光纖纖芯；12、裸光纖區(qū)域；13、光纖包層；14、高折射膠水層；16、栗浦光；17、熱積累；21、玻璃光纖端帽；22、輸出面;23、封裝夾具;25、通水孔;31、外夾具;33、進水口； 34、內(nèi)循環(huán)通道;35、外循環(huán)通道;36、出水口； 41、溫度傳感器。
【具體實施方式】
[0022]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明的具有包層光濾除功能的一體化大功率光纖激光輸出系統(tǒng)，包括光纖、包層光濾除組件、玻璃光纖端帽及封裝組件和水冷循環(huán)組件，玻璃光纖端帽及封裝組件包括玻璃光纖端帽21和封裝夾具23，玻璃光纖端帽及封裝組件的一端形成輸出面22;包層光濾除組件、玻璃光纖端帽及封裝組件均位于水冷循環(huán)組件中；光纖的光纖纖芯11與玻璃光纖端帽21熔接并封裝于封裝夾具23中；包層光濾除組件為位于光纖纖芯11 一端上裸光纖區(qū)域12的高折射膠水層14，高折射膠水層14利用折射效應(yīng)用來將光纖內(nèi)包層里的栗浦光16轉(zhuǎn)換為高折射膠水層14中的熱積累17并通過水冷循環(huán)組件進行冷卻。
[0024]如圖3所示，為本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中包層光濾除原理示意圖。高折射膠水層14可以根據(jù)實際需要選擇膠水材質(zhì)，本實例中采用高折射率紫外膠水。本發(fā)明針對的是以雙包層光纖作為輸出光纖的大功率激光器及放大器系統(tǒng)，因而濾除內(nèi)包層中殘余的栗浦光16是一個重要問題。如圖3所示，纖芯中的激光數(shù)值孔徑很小，可以沿著玻璃光纖端帽21直接輸出，由于端面進行了增透膜處理，光能量損失很小，因而熱積累17也很小。但是內(nèi)包層中的栗浦光數(shù)值孔徑較大，無法通過玻璃光纖端帽21輸出，因而需要對其進行濾除。圖中高折射膠水層14的折射率要高于光纖包層13中內(nèi)包層的折射率，這樣由于折射效應(yīng)，內(nèi)包層里面?zhèn)鲗У睦跗止?6將逐漸傳播到紫外膠水中并形成熱積累17，這樣就將光纖內(nèi)包層里的栗浦光16轉(zhuǎn)換為高折射膠水層14中的熱積累17，方便水冷循環(huán)組件進行處理。
[0025]如圖4所示，為本發(fā)明在具體應(yīng)用實例中水冷循環(huán)組件的結(jié)構(gòu)示意圖，水冷循環(huán)組件包括外夾具31、進水口 33、內(nèi)循環(huán)通道34、外循環(huán)通道35和出水