一种大功率激光输出头制造技术

本实用新型专利技术涉及激光切割、激光焊接、激光表面处理等激光工业技术领域，尤其涉及一种可用于高功率激光系统的大功率激光输出头，包括传输光纤、扩束棒和布置于传输光纤和扩束棒之间的扩束光纤，其特征在于，所述传输光纤、扩束棒、扩束光纤连接组成扩束光纤组件，且在扩束光纤组件侧面设有感应器，所述扩束棒布置于冷凝器内，扩束棒前端面正对准直透镜。本实用新型专利技术解决了光斑扩大后光束质量下降和机械强度不够，光斑扩大直径有限，光斑扩束无法量产，设备投资、复杂程度不断加大，激光损伤阈值低下，监测点探测滞后和物理量单一，成本高昂且性能低下等诸多问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及激光切割、激光焊接、激光表面处理等激光工业
，尤其涉及一种可用于高功率激光系统的大功率激光输出头，包括传输光纤、扩束棒和布置于传输光纤和扩束棒之间的扩束光纤，其特征在于，所述传输光纤、扩束棒、扩束光纤连接组成扩束光纤组件，且在扩束光纤组件侧面设有感应器，所述扩束棒布置于冷凝器内，扩束棒前端面正对准直透镜。本技术解决了光斑扩大后光束质量下降和机械强度不够，光斑扩大直径有限，光斑扩束无法量产，设备投资、复杂程度不断加大，激光损伤阈值低下，监测点探测滞后和物理量单一，成本高昂且性能低下等诸多问题。【专利说明】一种大功率激光输出头
本技术涉及激光切割、激光焊接、激光表面处理等激光工业
，尤其涉及一种可用于高功率激光系统的大功率激光输出头。
技术介绍
前随着高功率光纤激光器输出功率的不断提升，对光纤输出端口的要求越来越高。我国受限于材料及器件的水平，目前仅能稳定生产千瓦以内的高功率光纤激光器，离国外现今的水准尚有不小差距。光纤本身对激光的抗损伤阈值很高，但激光若是仅在光纤中传输而不导出，则失去其存在的意义。就目前的技术方案，通常称之为扩束技术，是在传输光纤的输出端熔接一段无芯光纤以扩大光斑尺寸从而大大降低输出端面功率密度。但以目前的熔接设备，难以保证当无芯光纤的尺寸够大时仍然得到稳定可靠的熔接，主要表现是熔接点强度难以保证从而可靠性差，熔接点两端的光纤直径差异过大、熔接点质量差从而导致光束质量大大降低；这些缺陷随着无芯光纤的变大愈加明显。但是如果无芯光纤不够大、输出光斑大小无法保证则存在因功率密度过大而损伤的风险。此时，设备并不能提供稳定的量产可能性，也不能进一步提升功率容限。虽然，表面几乎完美的处理和选择不镀制增透膜能将功率容限发挥到此种技术的极致，但如此不仅损失了约4%的光功率，同时造成了另外的难以解决的负面问题:极高的热累积，热累积和过高的功率密度所形成的热效应和电场效应在很高功率之下对输出端面和器件结构是致命的。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种大功率激光输出头，解决了目前光纤激光器输出头无法稳定可靠运行和有效量产的问题。本技术通过以下技术方案实现:一种大功率激光输出头，包括传输光纤、扩束棒和布置于传输光纤和扩束棒之间的扩束光纤，所述传输光纤、扩束棒、扩束光纤连接组成扩束光纤组件，且在扩束光纤组件侧面设有感应器，所述扩束棒布置于冷凝器内，扩束棒前端面正对准直透镜。进一步地，所述扩束光纤为过渡连接部，连接传输光纤和扩束棒。进一步地，所述扩束棒是由透明的材料组成的棒状体，且所述扩束棒与扩束光纤的连接端为喇叭形端。进一步地，所述感应器为温度传感器或功率探测器。进一步地，所述冷凝器在扩束棒一侧设有进水口，在扩束棒的另一侧设有出水口。进一步地,所述传输光纤、扩束光纤,扩束棒、感应器、冷凝器、准直透镜布置于外围封装件内。与现有的技术 相比，本技术的有益效果是:本技术通过熔接一段特殊结构的扩束棒使熔接难度大大降低并使损伤阈值、可靠性、性能、可量产性大大提高，用水冷的方式急时带走可能累积的热量从而保证激光输出头部分，始终工作在安全的温度范围，并加以完善严密的温度传感、功率探测方式，全方位、迅速的反馈激光输出头的即时工作状态，使该技术揭示的结构具有低成本、高可靠性、光斑扩大任意、透过率高、光束质量好、装配简易、损伤阈值可控、工作极限高、反馈及时、操作安全、设计灵活等诸多优点。总之，本技术所揭示的激光输出头结构，是生产研制高功率光纤激光器的优良解决方案，能十分广泛的应用于很多种不同功率级别的激光器和科研、国防用途。【专利附图】【附图说明】图1为本技术一种大功率激光输出头的结构示意图。【具体实施方式】为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术涉及一种可用于高功率激光系统的大功率激光输出头，包括传输光纤5、扩束棒7和布置于传输光纤5和扩束棒7之间的扩束光纤6,所述传输光纤5、扩束棒7、扩束光纤6连接组成扩束光纤组件，且在扩束光纤组件侧面设有感应器I，所述扩束棒7布置于冷凝器4内，扩束棒7前端面正对准直透镜8，所述扩束光纤6为过渡连接部，连接传输光纤5和扩束棒7，所述扩束棒7是由透明的材料组成的棒状体，且所述扩束棒7与扩束光纤6的连接端为喇叭形端9，所述感应器I为温度传感器或功率探测器，所述冷凝器4在扩束棒7 —侧设有进水口 2，在扩束棒7的另一侧设有出水口 3，所述传输光纤5、扩束光纤6、扩束棒7、感应器1、冷凝器4、准直透镜8布置于外围封装件10内。实施例1传输光纤5、扩束光纤6与扩束棒7共同组成扩束光纤组件，扩束光纤组件安装在中空的冷凝器4之内，且冷凝器4上设有进水口 2及出水口 3，感应器I安装于所述的扩束光纤组件侧面，准直透镜8安装于所述的扩束光纤组件的扩束棒7前端，其中，传输光纤5可以是任何种类的光纤，也可以是保偏光纤，可以具有任意纤芯大小和包层直径大小，扩束光纤6是材质均一、折射率及软化点与传输光纤5的纤芯或包层相近或相同、直径与传输光纤5的直径接近或相同的透明纤维，可以是对光透明的掺杂石英、熔石英或其他玻璃材质。需要注意的是，此处扩束光纤6作为过渡部分,特性参数应介于传输光纤5及下述扩束棒7之间，以避免由于特性差异过大而造成的熔接点性能及可靠性低下。同时，由于可能存在的熔接不良或扩束棒7加工精度的偏差，该方式允许扩束棒7很容易利用或可重复加工利用。这保证了成本的优化。另一方面，在当传输光纤5的包层直径与扩束棒7的待熔接端直径接近、材料物理特性类似时，在对熔接设备、加工设备要求不高的特殊情形，可以略去扩束光纤6。扩束棒7的材质可以是熔石英、任何玻璃及掺杂而对工作波长透明的材料。扩束棒7的结构形式，可以是如图1所示的锥型棒状，也可以是直径阶梯增大的棒状，还可以是简单的长直棒状。它的作用是与传输光纤5与扩束光纤6熔接后形成的组件以熔融方式结合，使从传输光纤5输出的光经过扩束光纤6以一定角度发散从而渐渐变大，根据具体的工艺水平及使用需求，设计合理的扩束棒的长度便能得到需求的光斑大小。因为棒的长度和外形很容易控制，原则上可以得到任何想要的光斑大小，这大大突破了现有工艺方法的功率容限。本技术的实例，就将光斑扩大了约70倍，意味着功率能力增强了 4900倍！以损伤阈值的1/2计算，此实例对应的产品能承受约25000瓦连续功率，而对于脉宽为20ns的脉冲激光，能承受的单脉冲能量约为50mJ。这对目前工艺上所使用的简单光纤对接扩束来说，是不可想象的。而简单地加大光纤的直径，则不仅成本大幅上升、使用局限大大增加，而且对设备性能的要求也大大增加，重要的是，可靠性和可重复性大大降低了。实施例2精密研磨抛光传输光纤5与扩束光纤6熔接后所形成的组件的扩束光纤6 —端，扩束棒7两端都精密研磨抛光，其一端镀上高质量增透膜，扩束棒7不镀膜的一端与扩束光纤6抛光平面用合适的机械结构(可以是类似光纤活动连接器光纤端面对接的结构)紧密压接，使两者之间不存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率激光输出头，包括传输光纤、扩束棒和布置于传输光纤和扩束棒之间的扩束光纤，其特征在于，所述传输光纤、扩束棒、扩束光纤连接组成扩束光纤组件，且在扩束光纤组件侧面设有感应器，所述扩束棒布置于冷凝器内，扩束棒前端面正对准直透镜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龙跃金，王伶俐，
申请(专利权)人：光越科技深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44