CN104882770A - 一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的光纤激光输出头 - Google Patents

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赵小涵
葛廷武
董繁龙
孙畅
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李思源
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Abstract

一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的光纤激光输出头，该光纤激光输出头由激光功率传输装置和外部封装器件组成，当万瓦级大功率激光通过该激光输出头时，模式剥离器剥除包层中正向传输的激光和残余泵浦光，同时，光电检测装置中的正向光探测器探测到剥离出的散射光功率。然后，激光通过石英端帽出射，由于出射端面积的增加，出射光功率密度大幅降低。由石英端帽输出的激光随后被聚焦透镜聚焦，且光斑大小由焦距调节装置控制。另外，当利用所述激光头进行激光加工时，产生的反射回光的功率由光电检测装置中的反向光探测器测得。最后，由水流导向管、进水装置和出水装置构成的冷却装置带走模式剥离器工作时产生的大量的热。

Description

一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的光纤激光输出头
技术领域
本发明公开了一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的新型光纤激光输出头，属于光纤激光器技术领域。
背景技术
随着光纤激光器的功率不断提高，对激光器输出端的要求也越来越高，光纤输出端面上会由于功率密度过大而被烧毁，当使用光纤传输高功率激光时，光纤端面反射、光学损伤和工作功率过大是激光输出头工作时遇到的主要问题。基于以上原因，在光纤端面前焊接石英端帽并对其冷却封装，并在激光输出头中加入光电监测***可有效的解决上述问题。另外，在石英端帽前端加入光束聚焦***对光束进行聚焦，改善了输出激光的光斑大小，可使其直接用于激光加工。
激光输出头是光纤激光器的核心关键器件，只有掌握其制备技术，制备出质量、性能符合实际需求的高性能激光输出头，才能实现高功率光纤激光器国产化、降低成本的目的。本项目意义在于通过自主研发高功率光纤激光器关键器件——激光输出头，从而为高功率光纤激光器的国产化迈出重要一步。
发明内容
本本发明公开了一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的新型光纤激光输出头，实现了万瓦级的激光输出。
该光纤激光输出头由激光功率传输装置和外部封装器件组成，激光功率传输装置包括光束聚焦***、石英端帽3、光纤4和模式剥离器12，外部封装器件包括光电监测***5、水流导向管6、金属外壳7、夹持锁扣8、进水接头9、出水接头10、金属光缆接头11；光束聚焦***包括聚焦透镜1、焦距调节装置2；光束聚焦***带有光束聚焦和保护功能，并且焦距大小可调节，使输出激光可直接用于激光加工，同时起到防止石英端帽3损伤的作用。石英端帽3的结构一方面通过增大出射面积降低了激光出射的光功率密度，使其远低于光纤端面的损伤阈值；另一方面通过在端面镀增透膜可以有效的防止菲涅尔反射。模式剥离器12可以同时剥除光纤包层中正向传输的激光和残余泵浦光，以及沿端面反射回的激光，确保激光在纤芯中的稳定传输。光电监测***5通过前后探测器分别探测剥离出的散射光功率和反射回光功率，来监测并控制激光输出头的工作状态。由水流导向管等结构组成的水冷***通过水循环将多余热量带走，可以实现对激光输出头工作时温度的控制，同时管内的水是模式剥离器的一部分，可以带走剥离出的激光。金属外壳为封装主体结构，用于保护和连接其他装置。夹持锁扣起到固定作用。金属光缆接头用于固定和连接光缆。
本发明公开了一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的新型光纤激光输出头。在光纤端面前焊接石英端帽并对其冷却封装，并在激光输出头中加入光束聚焦***和光电监测***，改善了输出激光的整体特性，可使其直接用于激光加工。
附图说明
图1为本发明激光输出头的整体结构示意图。
图2为本发明内部模式剥离器的结构示意图。
图中：1、聚焦透镜，2、焦距调节装置，3、石英端帽，4、光纤，5、光电检测装置，6、水流导向管，7、金属柱体，8、夹持锁扣，9、进水装置，10、出水装置，11、金属光缆接头，12、模式剥离器.
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的光纤激光输出头，该光纤激光输出头由激光功率传输装置和外部封装器件组成，激光功率传输装置包括光束聚焦***、石英端帽3、光纤4和模式剥离器12，外部封装器件包括光电监测***5、水流导向管6、金属外壳7、夹持锁扣8、进水接头9、出水接头10、金属光缆接头11；光束聚焦***包括聚焦透镜1、焦距调节装置2。
聚焦透镜1镶嵌在焦距调节装置2端部。
金属柱体7的一端与焦距调节装置2内壁固定，金属柱体7的另一端与金属光缆接头11通过螺纹连接固定；石英端帽3安装在金属柱体7端部中心处。
石英端帽3的一端与光纤4的一端通过熔接方式连接，在光纤4另一端设有模式剥离器12；模式剥离器12安装在水流导向管6的中心，水流导向管6与进水装置9、出水装置10连接，进水装置9、出水装置10对称设置在水流导向管6两侧；所述石英端帽3、光纤4、夹持锁扣8、水流导向管6、模式剥离器12沿金属柱体7的轴向方向布置。
光电检测装置5设置在水流导向管6与金属柱体7表面之间。夹持锁扣8为金属柱体7外表面的锁状结构。金属光缆接头11与金属柱体7尾部通过螺纹连接固定；所述光电检测装置5、进水装置9、出水装置10沿金属柱体7的径向方向布置。
本发明的工作原理：当万瓦级大功率激光通过该激光输出头时，首先，模式剥离器12剥除包层中正向传输的激光和残余泵浦光，同时，光电检测装置5中的正向光探测器探测到剥离出的散射光功率。然后，激光通过石英端帽3出射，由于出射端面积的增加，出射光功率密度大幅降低，有效避免了端面的损伤，增加了***稳定性。由石英端帽3输出的激光随后被聚焦透镜1聚焦，且光斑大小由焦距调节装置2控制。另外，当利用所述激光头进行激光加工时，产生的反射回光的功率由光电检测装置5中的反向光探测器测得。最后，由水流导向管6、进水装置9和出水装置10构成的冷却装置带走模式剥离器12工作时产生的大量的热。

Claims (3)

1.一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的光纤激光输出头，其特征在于：该光纤激光输出头由激光功率传输装置和外部封装器件组成，激光功率传输装置包括光束聚焦***、石英端帽(3)、光纤(4)和模式剥离器(12)，外部封装器件包括光电监测***(5)、水流导向管(6)、金属外壳(7)、夹持锁扣(8)、进水接头(9)、出水接头(10)、金属光缆接头(11)；光束聚焦***包括聚焦透镜(1)、焦距调节装置(2)；
聚焦透镜1镶嵌在焦距调节装置2端部；
金属柱体(7)的一端与焦距调节装置(2)内壁固定，金属柱体(7)的另一端与金属光缆接头(11)通过螺纹连接固定；石英端帽(3)安装在金属柱体(7)端部中心处；
石英端帽(3)的一端与光纤(4)的一端连接，在光纤(4)另一端设有模式剥离器(12)；模式剥离器(12)安装在水流导向管(6)的中心，水流导向管(6)与进水装置(9)、出水装置(10)连接，进水装置(9)、出水装置(10)对称设置在水流导向管(6)两侧；所述石英端帽(3)、光纤(4)、水流导向管(6)、模式剥离器(12)沿金属柱体(7)的轴向方向布置；
光电检测装置(5)设置在水流导向管(6)与金属柱体(7)表面之间；夹持锁扣(8)为金属柱体(7)外表面的锁状结构；金属光缆接头(11)与金属柱体(7)尾部通过螺纹连接固定；所述光电检测装置(5)、进水装置(9)、夹持锁扣(8)、出水装置(10)沿金属柱体(7)的径向方向布置。
2.根据权利要求1所述的一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的光纤激光输出头，其特征在于：石英端帽(3)与光纤(4)通过熔接方式连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有带光束聚焦特性和功率监测功能的光纤激光输出头，其特征在于：当万瓦级大功率激光通过该激光输出头时，首先，模式剥离器(12)剥除包层中正向传输的激光和残余泵浦光，同时，光电检测装置(5)中的正向光探测器探测到剥离出的散射光功率；然后，激光通过石英端帽(3)出射，由于出射端面积的增加，出射光功率密度大幅降低，有效避免了端面的损伤，增加了***稳定性；由石英端帽(3)输出的激光随后被聚焦透镜(1)聚焦，且光斑大小由焦距调节装置(2)控制；另外，当利用所述激光头进行激光加工时，产生的反射回光的功率由光电检测装置(5)中的反向光探测器测得；最后，由水流导向管(6)、进水装置(9)和出水装置(10)构成的冷却装置带走模式剥离器(12)工作时产生的大量的热。
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