【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤技术与激光加工领域，具体涉及一种适用于超快激光柔性传输与激光加工的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆。
技术介绍
1、空芯反谐振光纤（hollow-core anti-resonant fiber, hc-arf）作为光纤传输的优选，因光在空芯中传播，能控制色散和非线性效应，保持激光的高质量。然而，空芯反谐振光纤在实际应用中，特别是在激光加工过程中，也面临挑战：
2、机械扰动：激光加工过程中，空芯光纤的运动会改变其弯曲半径并产生应力，导致光束模式由基模变为高阶模，影响加工质量，特别是在弯曲和扭转等机械扰动下更容易发生模式耦合。
3、热效应：高功率激光进入光纤时，会在入射端形成热积累，导致光纤形变，影响耦合效率。
4、非线性效应：超短脉冲激光的高峰值功率会引发非线性效应，如自相位调制、拉曼效应和自聚焦等，这些效应会改变脉冲的脉宽、中心波长和形状，从而影响加工效果。
5、研究表明，虽然已有部分工作针对非线性效应和热效应进行了处理，但在机械扰动情况下耦合损失显著增加的问题尚未得到充分解决。同时，在兼顾低损耗、高带宽传输以及应对机械扰动带来的模式耦合挑战方面，仍需要进一步的优化。
6、专利文献cn107621677a公开了一种基于空芯反谐振光纤的高功率超短脉冲柔性传输系统，通过将光耦合到空芯反谐振光纤中进行传输，耦合效率高，并且光是在纤芯中进行传播，纤芯中可以通过光纤连接头充入惰性气体，不会有材料的吸收和非线性效应的影响，空芯反谐振光纤具有低的损耗，宽的传输带宽
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，在兼顾高功率下热效应的影响以及超快激光传输过程中空气所造成的非线性效应的同时，解决了现有技术中在超快激光传输加工时，由于空芯光纤弯曲和扭转等机械扰动导致模式耦合到高阶模而应用受限的问题。
2、本专利技术的技术解决方案如下：
3、一种基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特点在于，包括输入激光光束，以及沿光束传输方向依次设置的第一光学窗口、第一气室、第一水室、空芯毛细管光纤、空芯反谐振光纤、第二水室、第二气室和第二光学窗口；其中，所述第一光学窗口与第一气室密封连接，所述第一气室和第一水室均为腔体结构，且内部相连通，与所述第二水室、第二气室和第二光学窗口形成镜像对称结构，所述空芯毛细管光纤与所述空芯反谐振光纤胶接形成嵌套结构，且所述空芯反谐振光纤固设于所述第一光学窗口、第一气室、第一水室、第二水室、第二气室、第二光学窗口所构建的密闭空间内，所述空芯反谐振光纤包层的毛细管直径d1与所述空芯反谐振光纤的纤芯直径d1之比为0.63-0.68。
4、优选的，所述第一气室，填充有惰性气体，且设有可开关的第一气体接口；所述第二气室，填充有惰性气体，且设有可开关的第二气体接口；所述第一气体接口和第二气体接口分布连接抽气泵，用于气室中惰性气体的充入、排出以及气压的调节控制。
5、优选的，所述的惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气单原子气体，减少空气对激光传输的影响，提高传输效率。
6、优选的，所述第一光学窗口和第二光学窗口的窗片的两面均镀有与所述光源的输出激光波长相对应的增透膜。
7、优选的，所述空芯反谐振光纤具有高单模纯度。
8、优选的，所述第一水室和第二水室均采用导热性良好的材料制成，并设有至少一个冷水接口，且所述第一水室和第二水室内设有中心贯通的凹槽，供所述空芯反谐振光纤的输入端和输出端放置。
9、优选的，所述第一水室和第二水室的中心贯通凹槽在固设光纤后，其端口截面填充用于真空密封的胶状物质。
10、优选的，所述冷水接口外接水冷机，用于注水和排水。
11、优选的，所述空芯反谐振光纤的最外层由一层熔融石英玻璃管构成，该玻璃管的内表面上均匀内切分布着多个石英毛细管，共同形成空芯结构。
12、优选的，所述空芯反谐振光纤还配备了金属铠缆进行包裹，可以增强光纤机械强度，使光纤能够承受外部压力，不易磨损。
13、优选的，所述第一光学窗口、所述第二光学窗口均包含有窗片和密封结构，以共同实现整个激光传输光缆的内部密封；所述第一气室和第一水室之间、所述第二气室和第二水室之间均设有密封结构。
14、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
15、采用了空芯反谐振光纤，且毛细管直径d1与纤芯直径d1之比接近于0.68，实现了纤芯高阶模与泄漏到毛细管内的基模相位匹配，导致高阶模遭受极高损耗，从而确保了激光光束的高单模传输。利用反谐振效应，将激光限制在纤芯的中空结构中传输，尤其适用于超快激光的柔性传输需求。此光缆专为严苛环境下的连续使用而设计，即便在经历复杂弯曲时，也能有效抑制高阶模的产生，确保激光以高质量的基模形态稳定传输。空芯反谐振光纤具有高单模纯度，能够在激光传输过程中维持激光光束以基模传播，有效抑制高阶模的产生，使得光缆在复杂的加工环境中展现出更强的适应性，显著提升了激光加工的效率和稳定性。对空芯反谐振光纤充入气体，并且对空芯反谐振光纤进行水冷，不仅能够减弱超快激光传输的过程中因空气所造成的非线性效应，同时减小了高功率下的热效应的影响，这对于在工业、医疗、通信等多个领域具有广泛的应用前景。
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1.一种基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，适用于超快激光的柔性传输，其特征在于，包括输入激光光束，以及沿光束传输方向依次设置的第一光学窗口、第一气室、第一水室、空芯毛细管光纤、空芯反谐振光纤、第二水室、第二气室和第二光学窗口；其中，所述第一光学窗口与第一气室密封连接，所述第一气室和第一水室均为腔体结构，且内部相连通，与所述第二水室、第二气室和第二光学窗口形成镜像对称结构，所述空芯毛细管光纤与所述空芯反谐振光纤胶接形成嵌套结构，且所述空芯反谐振光纤固设于所述第一光学窗口、第一气室、第一水室、第二水室、第二气室、第二光学窗口所构建的密闭空间内，所述空芯反谐振光纤的包层毛细管直径d1与所述空芯反谐振光纤的纤芯直径D1之比为0.63-0.68。
2.根据权利要求1所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述第一气室，填充有惰性气体，且设有可开关的第一气体接口；所述第二气室，填充有惰性气体，且设有可开关的第二气体接口；所述第一气体接口和第二气体接口分布连接抽气泵，用于气室中惰性气体的充入、排出以及气压的调节控制。
3.根据权利要求2所述的基于空芯反谐振光
4.根据权利要求1所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述第一光学窗口和第二光学窗口的窗片的两面均镀有与输出激光光束波长相对应的增透膜。
5.根据权利要求1所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述空芯反谐振光纤具有高单模纯度。
6.根据权利要求1所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述第一水室和第二水室均采用导热性良好的材料制成，并设有至少一个冷水接口，且所述第一水室和第二水室内设有中心贯通的凹槽，供所述空芯反谐振光纤的输入端和输出端放置。
7.根据权利要求6所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述第一水室和第二水室的中心贯通凹槽在固设光纤后，其端口截面填充用于真空密封的胶状物质。
8.根据权利要求6所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述冷水接口外接水冷机，用于注水和排水。
9.根据权利要求1-8任一所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述空芯反谐振光纤的最外层由一层熔融石英玻璃管构成，该玻璃管的内表面上均匀内切分布着六个石英毛细管，共同形成空芯结构。
10.根据权利要求9所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述空芯反谐振光纤还配备了金属铠缆进行包裹。
11.根据权利要求1所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述第一光学窗口、所述第二光学窗口均包含有窗片和密封结构，以共同实现整个激光传输光缆的内部密封；所述第一气室和第一水室之间、所述第二气室和第二水室之间均设有密封结构。
...【技术特征摘要】
1.一种基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，适用于超快激光的柔性传输，其特征在于，包括输入激光光束，以及沿光束传输方向依次设置的第一光学窗口、第一气室、第一水室、空芯毛细管光纤、空芯反谐振光纤、第二水室、第二气室和第二光学窗口；其中，所述第一光学窗口与第一气室密封连接，所述第一气室和第一水室均为腔体结构，且内部相连通，与所述第二水室、第二气室和第二光学窗口形成镜像对称结构，所述空芯毛细管光纤与所述空芯反谐振光纤胶接形成嵌套结构，且所述空芯反谐振光纤固设于所述第一光学窗口、第一气室、第一水室、第二水室、第二气室、第二光学窗口所构建的密闭空间内，所述空芯反谐振光纤的包层毛细管直径d1与所述空芯反谐振光纤的纤芯直径d1之比为0.63-0.68。
2.根据权利要求1所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述第一气室，填充有惰性气体，且设有可开关的第一气体接口；所述第二气室，填充有惰性气体，且设有可开关的第二气体接口；所述第一气体接口和第二气体接口分布连接抽气泵，用于气室中惰性气体的充入、排出以及气压的调节控制。
3.根据权利要求2所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述的惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气单原子气体。
4.根据权利要求1所述的基于空芯反谐振光纤的激光传输光缆，其特征在于，所述第一光学窗口和第二光学窗口的窗片的两面均镀有与输出激光光束波长相对应的增透膜。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋奇男，黄志远，常新硕，张庆伟，杨上陆，庞盟，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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