CN105511088A - 具有包层光滤除功能的大功率光纤输出*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，包括双包层光纤的输出尾纤、光纤端帽、封装夹具及水冷循环组件；双包层光纤的输出尾纤中纤芯与光纤端帽通过熔接进行连接，纤芯与光纤端帽均通过胶水封装在封装夹具内，光纤端帽内设置有高折射率材料层，用来吸收发散到光纤端帽中的包层光并形成热能；封装夹具与水冷循环组件相连，通过水冷循环组件对光纤端帽进行冷却作业。本发明具有结构简单、制作简便、能够提高包层光滤除能力、提高纤芯激光输出承受能力等优点。

Description

具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***

技术领域

本发明主要涉及到光纤激光器和光纤放大器领域，特指一种具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***。

背景技术

近些年来，光纤激光器由于具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、易散热、工作稳定性好等优点，已经广泛应用于工业加工、生物医药和国防军事等诸多领域。随着双包层光纤泵浦技术的成熟和光纤制造工艺的改进，光纤激光器的输出功率也不断提升。

在采用双包层光纤泵浦技术的光纤激光器及放大器中，需要在光纤输出之前将双包层光纤的内包层中的泵浦光和激光滤除，提高输出光的光束质量。现有的技术是将双包层光纤的一段涂覆层剥除，将裸露出来的内包层浸泡到高折射率材料中，使得原有的全反射条件被破坏，从而实现对包层光的滤除。但是高折射率材料对于包层光的吸收并转化为热能主要还是发生在内包层和高折射率材料接触面附近区域，这会使得转化的热能在很小的体积内积累，温度上升过快超过材料所能承受的阈值，从而限制了这种方法所能滤除包层光的功率。

另一方面，光纤输出端面的光损伤和热负载也使得大功率输出面临极大挑战。由于激光是在直径为几十微米的光纤纤芯里传输，这就意味着在大功率条件下纤芯光密度很高，容易带来损伤。尤其是对于光纤输出端面，由于后期处理中不可避免的缺陷，很容易损坏端面，带来严重破坏。另一方面，激光从光纤输出传播到空气中时，由于二者折射率的差异，反射引起的回光会对前端的激光器结构带来不好的影响，同时在输出端面附近积累热负载，进一步加大光纤输出端的破坏可能性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、制作简便、能够提高包层光滤除能力、提高纤芯激光输出承受能力的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，包括双包层光纤的输出尾纤、光纤端帽、封装夹具及水冷循环组件；所述双包层光纤的输出尾纤中纤芯与光纤端帽通过熔接进行连接，所述纤芯与光纤端帽均通过胶水封装在封装夹具内，所述光纤端帽内设置有高折射率材料层，用来吸收发散到光纤端帽中的包层光并形成热能；所述封装夹具与水冷循环组件相连，通过水冷循环组件对光纤端帽进行冷却作业。

作为本发明的进一步改进：所述水冷循环组件包括外夹套、进水口、内循环通道、外循环通道和出水口，所述外夹套与封装夹具连接，所述内循环通道位于封装夹具内部，所述外循环通道位于封装夹具与外夹套之间，所述内循环通道和外循环通道之间通过通水孔连通。

作为本发明的进一步改进：低温度的冷却水从所述进水口进入内循环通道，对高折射率材料层中所形成热能进行水冷处理，然后通过通水孔进入外循环通道，最后从出水口排出。

作为本发明的进一步改进：所述封装夹具和水冷循环组件的外夹套通过螺纹和连接点进行连接。

作为本发明的进一步改进：所述光纤端帽为光纤玻璃端帽。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，以带增透膜的光纤端帽作为输出，提高了纤芯激光输出的承受能力。

2、本发明的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，光纤输出端帽集成了包层光滤除功能，可以直接用于带包层光的大功率光纤激光器及放大器。

3、本发明的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，利用光纤玻璃端帽侧表面进行包层光滤除，提高了包层光滤除的功率水平。

4、本发明的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，对包层光滤除增加了水冷循环***，进一步提高包层光滤除能力。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明在具体应用实例中包层光滤除的原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中水冷循环***结构示意图。

图例说明：

11、纤芯；14、激光；16、包层光；21、光纤端帽；22、输出面；23、高折射率材料层；24、封装夹具；25、通水孔；31、外夹套；32、螺纹；33、连接点；34、进水口；35、出水口；37、内循环通道；38、外循环通道。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，包括双包层光纤的输出尾纤、光纤端帽21、封装夹具24及水冷循环组件；双包层光纤前级不需要做特殊处理，可以直接与双包层光纤的输出尾纤相连。双包层光纤的输出尾纤中纤芯11与光纤端帽21通过熔接进行连接，纤芯11与光纤端帽21均通过胶水封装在封装夹具24内，光纤端帽21内设置有高折射率材料层23，用来吸收发散到光纤端帽21中的包层光16并形成热能；封装夹具24与水冷循环组件相连，通过水冷循环组件对光纤端帽21进行冷却作业。

参见图2，为本发明包层光滤除的原理示意图，给出了双包层光纤中激光14（纤芯11的信号光）和包层光16（包层泵浦光）的传播路径。由于没有对双包层光纤的输出尾纤进行处理，纤芯11中的激光14和包层光16将一起进入光纤端帽21（光纤玻璃端帽）中。当两种光从双包层光纤进入到光纤端帽21中以后，由于二者原有的波导结构都已经破坏，将在光纤端帽21中按各自的数值孔径发散。纤芯11中激光14的数值孔径一般为NA=0.06，对应空间发散角为θ≈0.06，将直接从光纤端帽21的输出面22输出。包层光16的数值孔径一般为NA=0.46，对应空间发散角为θ≈0.46，在传播过程中将逐渐发散到光纤端帽21的侧表面，进而传播到高折射率材料层23中形成热能。

参见图3，在具体应用实例中，水冷循环组件包括外夹套31、进水口34、内循环通道37、外循环通道38和出水口35，外夹套31与封装夹具24连接，内循环通道37位于封装夹具24内部，外循环通道38位于封装夹具24与外夹套31之间，内循环通道37和外循环通道38之间通过通水孔25连通。工作时，低温度的冷却水从进水口34进入内循环通道37，直接对高折射率材料层23中所形成热能进行水冷处理，然后通过通水孔25进入外循环通道38，最后从出水口35排出。

本实施例中，封装夹具24和水冷循环组件的外夹套31通过螺纹32和连接点33进行连接。

由上可知,本发明采用玻璃光纤端帽来降低大功率光纤激光器及放大器输出双包层光纤的功率密度，根据包层光16和激光14的数值孔径差异来对包层光16进行滤除，同时将纤芯11中的激光14通过增透膜从玻璃光纤端帽输出面导出。滤除的包层光16转化为热能后被流动的冷却水带走，进一步提高***所能承受的功率。即本发明针对现有包层光16滤除方法的局限性，结合玻璃光纤端帽的特点，提出利用玻璃光纤端帽侧面来进行包层光16滤除的方法。由于激光14和包层光16存在着明显的数值孔径差异，在传播过程中会逐渐分离，因而可以利用二者发散角的差异进行区分，使得激光14通过玻璃光纤端帽输出面直接输出，而包层光16通过玻璃光纤端帽的侧面输出而进行滤除。为此，本发明能够提高整个光激光器及放大器输出***所能承受的输出功率上限。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，其特征在于，包括双包层光纤的输出尾纤、光纤端帽（21）、封装夹具（24）及水冷循环组件；所述双包层光纤的输出尾纤中纤芯（11）与光纤端帽（21）通过熔接进行连接，所述纤芯（11）与光纤端帽（21）均通过胶水封装在封装夹具（24）内，所述光纤端帽（21）内设置有高折射率材料层（23），用来吸收发散到光纤端帽（21）中的包层光（16）并形成热能；所述封装夹具（24）与水冷循环组件相连，通过水冷循环组件对光纤端帽（21）进行冷却作业。

2.根据权利要求1所述的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，其特征在于，所述水冷循环组件包括外夹套（31）、进水口（34）、内循环通道（37）、外循环通道（38）和出水口（35），所述外夹套（31）与封装夹具（24）连接，所述内循环通道（37）位于封装夹具（24）内部，所述外循环通道（38）位于封装夹具（24）与外夹套（31）之间，所述内循环通道（37）和外循环通道（38）之间通过通水孔（25）连通。

3.根据权利要求2所述的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，其特征在于，低温度的冷却水从所述进水口（34）进入内循环通道（37），对高折射率材料层（23）中所形成热能进行水冷处理，然后通过通水孔（25）进入外循环通道（38），最后从出水口（35）排出。

4.根据权利要求2所述的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，其特征在于，所述封装夹具（24）和水冷循环组件的外夹套（31）通过螺纹（32）和连接点（33）进行连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的具有包层光滤除功能的大功率光纤输出***，其特征在于，所述光纤端帽（21）为光纤玻璃端帽。