CN104777619A - 一种光纤耦合输出激光器光斑匀化装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光纤耦合输出激光器光斑匀化的装置，包括轴向穿过柔性管的光纤，在所述柔性管外部设置有与所述光纤共轴安装的保护管。本发明通过对柔性管加热，使得柔性管受热收缩，相当于给套在柔性管内的光纤施加应力，从而致使光纤发生均匀、连续的形变，该形变会改变光纤内部激光能量在各个模式中的分布，使光在多模光纤各个模式的分布更加均匀，从而使输出光束的光斑更加均匀，改善带环、散斑现象。本方法操作简单、适用性强，尤其适用于光纤耦合输出半导体激光器。

Description

一种光纤耦合输出激光器光斑匀化装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光纤耦合输出激光器光斑匀化装置及其制备方法，属于光纤光学的技术领域。
背景技术
经多模光纤输出的半导体激光在很多领域都有广泛应用，比如激光打标、激光切割、激光照明、半导体激光器泵浦固体激光器等。在很多应用方面都要求光束分布均匀，由于激光在多模光纤中传输时具有多种高阶模分布形式，导致输出激光束存在光斑带环、分布不均的现象，且光束之间相互干涉，形成任意性的干涉影像点，称为“散斑”。而夜视、照明等领域要求光斑均匀，无散斑现象，所以多模光纤输出的激光在该系列领域使用时，存在一定的局限性。
使多模光纤输出激光束光斑更均匀可以通过对光纤进行盘绕、施加应力等方法来改变激光在光纤中的传输模式分布，从而改善光斑分布。例如，中国专利文件CN101630045公开了一种改善多模光纤输出光束空间分布的装置，该装置由两个相对放置的具有起伏面的工件构成，工件中间夹持一段光纤，通过对这两个工件施加压力，使传输激光的多模光纤在很短的长度上受到单点、多点或连续分布的外应力，改变光在多模光纤内的传播模式分布，从而达到匀化光斑的效果。该方法用外力对光纤进行挤压，易造成光纤损伤和能量损耗，且在传输光纤上增加挤压装置，影响产品外观。
专利201310414162.5，公开了一种通过对光纤进行熔融加工来制造对光斑匀化器的方法。该方法的主要技术方案是将光纤涂覆层去除，然后对去除涂覆层的部位进行1300～1500℃热处理，使去除涂覆层的光纤达到熔融状态后，待其冷却。光纤内部会产生一些因热处理而出现的随机分布的微米级结晶点，利用光束通过这些结晶点的散射来实现光斑匀化的效果。但是该方法将光纤纤芯和包层一起熔融，光束经结晶点散射出纤，出纤后改变了激光的原有发散角。
中国专利103364956A(CN201210088322.7)提出了一种通过给光纤施加应力改善光纤输出激光光束的空间分布，来对出纤光束进行匀化消散斑的方法和装置。该方法是由震动马达带给光纤轻微的震动来匀化照射面上的干涉散斑。该装置包括底座、光纤、光纤压紧器、震动源，其主要缺点是外加震动装置增加了激光器的体积，影响其使用灵活性。
美国专利文件6810175提出了一种匀化输出光束能量，使光斑变为平顶光斑的方法。该方法的主要技术方案是将激光先耦合进一根渐变光纤的一端，而渐变光纤的另一端与数值孔径较大的阶跃光纤相熔接，同时对阶跃光纤进行弯曲盘绕，对模式进行混合，使输出激光能量均匀分布，从而得到平顶分布光斑。该装置的缺点是实现方式复杂，所需装置体积大，安装难度大，不利于批量生产。
中国专利文件CN102012564A提出了一种光纤耦合输出半导体激光器输出光斑匀化方法，是将混模材料的一端固定到插芯上，然后把光纤与混模材料缠绕在一起，同时观察光斑，使其无暗心、无光环和手电筒现象，最后固定两者的相对位置，安装上连接头并套上保护套管。该方法在光纤保护套管内增加混模材料增大了套管直径，激光器尾纤的硬度也会大大增加，使用时不易弯折，因此降低了激光器摆放位置的灵活性。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种光纤耦合输出激光器光斑匀化的装置。应用本发明能有效改善光斑带环、散斑现象，对光斑进行匀化。
本发明还提供一种上述装置的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，包括轴向穿过柔性管的光纤，在所述柔性管外部设置有与所述光纤共轴安装的保护管。
根据本发明优选的，所述光纤直径为100-1000μm。
根据本发明优选的，所述柔性管内，所述光纤通过两个固定端垂直于光纤方向安装在柔性管内。
根据本发明优选的，所述固定端为胶或金属卡环，所述胶为环氧树脂。
根据本发明优选的，所述柔性管为热缩管或具有受热收缩特性的PVC管。
根据本发明优选的，所述柔性管为封闭圆筒。
根据本发明优选的，所述保护管是聚氯乙烯(即PVC)材料。
根据本发明优选的，所述保护管是带铠甲的圆筒状管套。
根据本发明优选的，所述保护管直径大于柔性管直径。
根据本发明优选的，所述保护管的两端各通过一个连接头将所述光纤固定。
一种上述光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤穿入柔性管中，在柔性管的两端各露出一段长5cm的圆柱状光纤，将该柔性管的两端与光纤用胶或金属卡环固定安装；
(2)将固定有柔性管的光纤加热；
(3)将加热后的固定有柔性管的光纤放入比光纤短约4cm的保护管中；
(4)将光纤两端各去掉长5cm的涂覆层，露出裸光纤；
(5)将上述露出的圆柱形裸光纤穿入灌胶的连接头中，两端各露出部分裸光纤，并将连接头和保护管固定；
(6)将穿好光纤的连接头放在固化炉上，130℃温度下固化10min，使胶水固化；
(7)固化后，将露出在连接头外部的圆柱形光纤去掉，形成光纤端面，对光纤端面进行研磨，得到与光纤中心轴垂直的光学平面，制成匀化器；
(8)使用时，将所述匀化器的一端直接与激光器耦合或用法兰与激光器模组连接头对接。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中光纤放入80-100℃的烘箱中加热10-20min。
根据本发明优选的，所述步骤(5)中露出部分裸光纤的长度为1-5mm。
根据本发明优选的，所述连接头为常用的FC插芯、FC插芯、SMA插芯或ST插芯。
本发明的有益效果：
1、本发明的光纤耦合输出激光器光斑匀化装置通过对柔性管加热，使得柔性管受热收缩，相当于给套在柔性管内的光纤施加应力，从而致使光纤发生均匀、连续的形变，该形变会改变光纤内部激光能量在各个模式中的分布，使光在多模光纤各个模式的分布更加均匀，从而使输出光束的光斑更加均匀，改善带环、散斑现象。
2、施加应力的范围可以是光纤的全部长度上，也可以是部分长度上，从外观上看不出任何改变，因此更加方便、实用。
附图说明
图1是固定好柔性管的光纤；
图2是加热后光纤在柔性管内的分布状态图；
图3是将加热后的光纤装好连接头的图示；
图4是实施例所述光纤对光束的匀化光斑的效果图；
图5是对比例述光纤对光束的匀化光斑的效果图；
图中：1、光纤；2、柔性管；3、固定端；4、保护管；5、连接头。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
如图1-3所示，一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，包括轴向穿过柔性管2的光纤1，在所述柔性管2外部设置有与所述光纤1共轴安装的保护管4。
所述光纤1的直径为125μm。
所述柔性管2内，所述光纤1通过两个固定端3垂直于光纤1方向安装在柔性管2内。
所述固定端3为胶。
所述胶为环氧树脂。
所述柔性管2为热缩管。
所述柔性管2为封闭圆筒。
所述保护管4是聚氯乙烯(即PVC)材料。
所述保护管4是带铠甲的圆筒状管套。
所述保护管4直径大于柔性管2直径。
所述保护管4的两端各通过一个连接头5将所述光纤1固定。
实施例2、
如实施例1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其区别在于，所述光纤1的直径为220μm。
所述固定端3为卡环。
所述柔性管2为具有受热收缩特性的PVC管。
实施例3、
如实施例1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其区别在于，所述光纤1的直径为308μm。
所述柔性管2为具有受热收缩特性的PVC管。
实施例4、
如实施例1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其区别在于，所述光纤1的直径为440μm。
所述固定端3为卡环。
实施例5、
一种如实施例1-4所述光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤1穿入柔性管2中，在柔性管2的两端各露出一段长5cm的圆柱状光纤1，将该柔性管2的两端与光纤1用胶或金属卡环固定安装；
(2)将固定有柔性管2的光纤加热；
(3)将加热后的固定有柔性管2的光纤1放入比光纤1短约4cm的保护管4中；
(4)将光纤1两端各去掉长5cm的涂覆层，露出裸光纤；
(5)将上述露出的圆柱形裸光纤穿入灌胶的连接头5中，两端各露出部分裸光纤，并将连接头5和保护管4固定；
(6)将穿好光纤1的连接头5放在固化炉上，130℃温度下固化10min，使胶水固化；
(7)固化后，将露出在连接头5外部的圆柱形光纤去掉，形成光纤端面，对光纤端面进行研磨，得到与光纤中心轴垂直的光学平面，制成匀化器；
(8)使用时，将所述匀化器的一端直接与激光器耦合或用法兰与激光器模组连接头5对接。
根据本发明优选的，所述步骤(2)中光纤1放入80-100℃的烘箱中加热10-20min。
根据本发明优选的，所述步骤(5)中露出部分裸光纤的长度为1-5mm。
根据本发明优选的，所述连接头5为常用的FC插芯、FC插芯、SMA插芯或ST插芯。
对比例、
该对比例中所使用的光纤跳线为圆柱状光纤的直径、长度和材质与实施例1中圆柱状光纤是完全相同的，而且所采用的激光器光源的光束参数也与实施例1完全相同。
采用CCD记录光斑图形，对实施例1所述光纤和现有圆柱状光纤的匀化光斑作用做对比试验：图4是实施例1所述光纤对光束的匀化光斑的效果图，图4中光斑中心散斑明显减少，光斑变均匀；而图5是对比例述光纤对光束的匀化光斑的效果图，图5中光斑存在明显的带环和散斑。
综上所述，利用本发明所制备出的装置较普通光纤传输光束，明显比普通光纤传输的光束光斑均匀，带环和散斑现象明显减少。

Claims (10)

1.一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其特征在于，该装置包括轴向穿过柔性管的光纤，在所述柔性管外部设置有与所述光纤共轴安装的保护管。
2.根据权利要求1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其特征在于，所述光纤直径为100-1000μm。
3.根据权利要求1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其特征在于，所述柔性管内，所述光纤通过两个固定端垂直于光纤方向安装在柔性管内。
4.根据权利要求1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其特征在于，所述固定端为胶或金属卡环，所述胶为环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其特征在于，所述柔性管为热缩管或具有受热收缩特性的PVC管；所述柔性管为封闭圆筒。
6.根据权利要求1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其特征在于，所述保护管是聚氯乙烯(即PVC)材料；所述保护管是带铠甲的圆筒状管套；所述保护管直径大于柔性管直径。
7.根据权利要求1所述的一种光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置，其特征在于，所述保护管的两端各通过一个连接头将所述光纤固定。
8.一种如权利要求1-8所述光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置的制备方法，包括以下步骤：
(1)将光纤穿入柔性管中，在柔性管的两端各露出一段长5cm的圆柱状光纤，将该柔性管的两端与光纤用胶或金属卡环固定安装；
(2)将固定有柔性管的光纤加热；
(3)将加热后的固定有柔性管的光纤放入比光纤短约4cm的保护管中；
(4)将光纤两端各去掉长5cm的涂覆层，露出裸光纤；
(5)将上述露出的圆柱形裸光纤穿入灌胶的连接头中，两端各露出部分裸光纤，并将连接头和保护管固定；
(6)将穿好光纤的连接头放在固化炉上，130℃温度下固化10min，使胶水固化；
(7)固化后，将露出在连接头外部的圆柱形光纤去掉，形成光纤端面，对光纤端面进行研磨，得到与光纤中心轴垂直的光学平面，制成匀化器；
(8)使用时，将所述匀化器的一端直接与激光器耦合或用法兰与激光器模组连接头对接。
9.根据权利要求1所述的光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中光纤放入80-100℃的烘箱中加热10-20min；所述步骤(5)中露出部分裸光纤的长度为1-5mm。
10.根据权利要求1所述的光纤耦合输出半导体激光器光斑匀化装置的制备方法，其特征在于，所述连接头为常用的FC插芯、FC插芯、SMA插芯或ST插芯。
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GR01 Patent grant
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