一种功率可调的同心点环斑合束器及其制作方法技术

一种功率可调的同心点环斑合束器及其制作方法，包括n根输入光纤（10）、n≥2，输入光纤（10）和毛细管（20）熔融拉锥形成的光纤束（50），输出光纤（40）；光纤束（50）和输出光纤（40）熔接于熔接点（30）。相比于传统的空间整合，该方法结构简单，操作方便，可靠性良好，集成化程度高；该方法制作合束器可以实现激光的高效率传输；该方法可以实现点环光斑和功率随意组合，实现不同功率，不同光斑形状（点光斑、环光斑以及点环光斑）的激光输出；该合束器直接应用到激光器中，无需额外增加其他光学元件，实现高度集成化。输入光纤纤芯中的激光可以单模块激光输入可以是多模块激光合束输入，实现更高功率级别输入和输出。率级别输入和输出。率级别输入和输出。

【技术实现步骤摘要】
一种功率可调的同心点环斑合束器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种功率可调的同心点环斑合束器及其制作方法。

技术介绍

[0002]光纤激光器由于其转化效率高、优质光束质量、质量轻、结构紧凑、易维护、成本低等优点，逐渐取代传统激光器，在医疗、工业以及军用得到的广泛的应用。随着近些年光纤激光器的飞速发展，功率级别的不断提高，应用需求不断提出，除了金属切割，在激光清洗，熔覆以及焊接等领域展现出很好的发展潜力。
[0003]随着应用的不断扩展，高斯型的输出光斑已经满足不了增长的需求，对输出光斑的形状改变势在必行，比如平顶，环形，方形等，不同的加工领域有着不同的优势，在切割厚板的时候，平顶光斑就表现出较好的切割能力；在激光打孔方面，环形光斑有表现出独特的优势等。
[0004]目前实现光斑形状的改变目前主要有两种方式，空间整形和光波导整形两种，空间整形由于需要通过透镜和机械结构实现，结构复杂，不利于工业高度集成化，操作不方便，同时机械结构可靠性差；光波导整形相对于空间整形更容易实现，可以实现全光纤结构，可以满足工业的高度集成化，操作方便，可靠性良好。
[0005]因此，提供一种全光纤结构，功率可调，光斑形状随意切换成为光纤激光器应用领域急需要解决的难题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种功率可调的同心点环斑合束器及其制作方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种功率可调的同心点环斑合束器，包括n根输入光纤10，n≥2、输入光纤10和毛细管20熔融拉锥形成的光纤束50，输出光纤40；光纤束50和输出光纤40熔接于熔接点30。
[0008]一种功率可调的同心点环斑合束器的制作方法，包括有以下步骤：步骤1：准备好n根输入光纤10，n≥2，剥去一段涂覆层13，用酒精将包层12擦拭干净，备用；步骤2：根据实际情况，选择毛细管20为掺氟石英成材质毛细管或纯石英材质毛细管，选择合适内径和外径；如果选取的输入光纤10中至少有1根光纤为单模或少模多波导光纤，进行步骤3；步骤3：取一根已经备好的输入光纤10，该光纤为单模或少模多波导光纤，将该光纤穿入掺氟毛细管20中，熔融拉锥成整体光纤201，将整体光纤201和n-1根输入光纤10，排列穿入毛细管20，调整拉锥参数和控制光纤束拉锥比，拉锥比数值为1-10，熔融拉锥使其成为整体光纤束50，并将光纤束50端面切平；
如果选择的输入光纤10都为多模多波导光纤，进行步骤A3；步骤A3：将n根备好的输入光纤10，排列穿入毛细管20中，调整拉锥参数和控制光纤束拉锥比，拉锥比数值为1-10，熔融拉锥使其成为整体光纤束50，并将光纤束50端面切平；步骤4：将输出光纤40，剥去涂一段涂覆层I46，用酒精将第三包层44擦拭干净，端面切平；步骤5：将切平的光纤束50和输出光纤40，利用熔接机，熔接于熔接点30；步骤6：熔接点30要确保光纤束II101中的激光传导到纤芯I41中，光纤束I105中的激光传导到输出光纤I45中。
[0009]步骤7：功率可调的同心点环斑合束器的制作完成，可以实现不同功率级别的点光斑、环光斑或点环光斑输出。
[0010]本专利技术还具有以下附加技术特征：作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：输入光纤10为单模或少模或多模的多波导光纤；n根输入光纤10，n≥2为同种光纤或不同种光纤。
[0011]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：多波导光纤包括中间的纤芯以及围绕于纤芯的外围的N层波导结构，N≥1，至少包括中间的纤芯11、内包层12和涂覆层13；中间的纤芯11直径为D1；内包层12的直径为D2；涂覆层13的直径为D3，其中D1<D2<D3，其直径数值可以根据实际情况自由选择。
[0012]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：中间的纤芯11和内包层12形成数值孔径NA1，具体数值可以根据实际情况自由选择。
[0013]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：输入光纤10，其纤芯11中传输的激光既可以是单模块激光输入，也可以是多模块激光合束输入。
[0014]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：毛细管20可以为纯SiO2毛细管，也可以为掺氟SiO2毛细管，掺氟SiO2毛细管的NA控制在0.1-0.24之间，其内径I221、内径II211和外径I222、外径II212直径的选择根据实际情况选择。
[0015]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：剥去涂覆层13的n根输入光纤10，n≥2，用酒精将包层12擦拭干净，穿入毛细管20中，调整拉锥参数，控制光纤束拉锥比，拉锥比数值为1-10，将输入光纤10和毛细管20熔融拉锥成整体光纤束50。
[0016]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：输出光纤40为多模多波导光纤，包括中间的纤芯以及围绕于纤芯的外围的N层波导结构，N≥3，至少包括纯SiO2的中间的纤芯I41，其直径为D0；掺氟SiO2的第一包层42，其直径为D1；纯SiO2的第二包层43，其直径为D2；掺氟SiO2的第三包层44，其直径为D3；具有低折射率特性的涂覆层I46，其直径为D4，其中D0＜D1＜D2＜D3＜D4，其直径数值根据实际情况自由选择。
[0017]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：中间的纤芯I41和第一包层42形成数值孔径NA1，第二包层43和第三包层44形成数值孔径NA2，第三包层44和涂覆层I46形成数值孔径NA3，其中NA1＜NA2＜NA3，具体数值根据实际情况自由选择。
[0018]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：将制成的光纤束50和输出光纤40端面切平，熔接于熔接点30，要确保光纤束II101中的激光传导到纤芯I41中，105激光传导到输出光纤I45中。
[0019]作为本专利技术技术方案进一步具体优化的：通过控制光纤束II101和光纤束I105中
的激光开或关和功率的大小调节，输出光纤40可以实现点光斑，环光斑及点环光斑等输出。
[0020]本专利技术和现有技术相比，其优点在于：优点1：相比于传统的空间整合，该方法结构简单，操作方便，可靠性良好，集成化程度高；优点2：该方法制作合束器可以实现激光的高效率传输；优点3：该方法可以实现点环光斑和功率随意组合，实现不同功率，不同光斑形状（点光斑、环光斑以及点环光斑）的激光输出；优点4：该合束器直接应用到激光器中，无需额外增加其他光学元件，实现高度集成化。
[0021]优点5：输入光纤纤芯中的激光可以单模块激光输入可以是多模块激光合束输入，实现更高功率级别输入和输出。
[0022]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于：包括n根输入光纤（10）、n≥2，输入光纤（10）和毛细管（20）熔融拉锥形成的光纤束（50），输出光纤（40）；光纤束（50）和输出光纤（40）熔接于熔接点（30）。2.根据权利要求1所述的功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于：输入光纤（10）为单模或少模或多模的多波导光纤；n根输入光纤（10），n≥2为同种光纤或不同种光纤。3.根据权利要求2所述的功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于：多波导光纤包括中间的纤芯以及围绕于纤芯的外围的N层波导结构，n≥1，至少包括中间的纤芯（11）、内包层（12）和涂覆层（13）；中间的纤芯（11）直径为D1；内包层（12）的直径为D2；涂覆层（13）的直径为D3，其中D1<D2<D3；中间的纤芯（11）和内包层（12）形成数值孔径NA1。4.根据权利要求2或3所述的功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于：输入光纤（10），其纤芯（11）中传输的激光为单模块激光输入或多模块激光合束输入。5.根据权利要求1所述的功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于，毛细管（20）为纯SiO2毛细管或掺氟SiO2毛细管；掺氟SiO2毛细管的NA控制在0.1-0.24之间。6.根据权利要求1所述的功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于，剥去涂覆层（13）的n根输入光纤（10），n≥2，酒精擦拭干净包层（12）后穿入毛细管（20）中，将输入光纤（10）和毛细管（20）熔融拉锥成整体光纤束（50）。7.根据权利要求1所述的功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于，输出光纤（40）为多模多波导光纤；包括中间的纤芯以及围绕于纤芯的外围的N层波导结构，n≥3，至少包括纯SiO2的中间的纤芯I（41），其直径为D0；掺氟SiO2的第一包层（42），其直径为D1；纯SiO2的第二包层（43），其直径为D2；掺氟SiO2的第三包层（44），其直径为D3；具有低折射率特性的涂覆层I（46），其直径为D4；其中D0＜D1＜D2＜D3＜D4。8.根据权利要求7所述的功率可调的同心点环斑合束器，其特征在于，中间的纤芯I（41）和第一包层（42）形成数值孔径NA1，第二包层（43）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志文，孟祥宇，朱学文，
申请(专利权)人：西安中科汇纤光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：