[實用新型]空心導光錐耦合真空傳輸激光裝置

無效

• 申請號: 200720082664.2
• 申請日: 2007-12-18
• 公開（公告）號: CN201126485Y
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 趙興海;高楊;蔡林飛
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G02B6/32
• 分類號: G02B6/32;G02B6/26;G02B6/02
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本實用新型屬于激光光纖傳輸領域，具體涉及一種基于空心導光錐耦合的高功率激光光纖真空傳輸裝置。

背景技術

目前，通過光纖傳輸高功率激光在激光加工、激光切割、激光點火、激光醫療以及光纖激光器等領域有重要的應用。但是隨著人們對高功率激光應用需求和激光器的發展，對光纖傳輸激光功率的要求越來越高，幾乎達到了光纖傳輸激光功率的極限(GW/cm²量級)。高功率激光光纖傳輸系統中高功率激光特別是窄脈寬高峰值脈沖激光容易導致光纖損傷。另外，由于激光功率密度很高，不利于激光光纖耦合和傳輸。這些因素限制了光纖傳輸激光的容量，阻礙了光纖傳輸高功率技術的應用進程。

根據相關文獻([1]R.M.Wood.Summary?of?the?factors?affecting?the?Power?and?EnergyCapabilities?of?Optical?Fibers[C].SPIE，1996；2870：458-466.[2]李鈺，張闊海，李強，左鐵釧.大功率激光光纖耦合技術研究[J].應用激光.2004，24(5)：276-278.[3]趙興海，高楊，程永生.高功率脈沖激光對階躍折射率多模光纖損傷機理分析[J].強激光與粒子束，2007.等)報道光纖端面損傷和光纖內的非線性效應是限制激光光纖傳輸功率提高的主要因素。光纖端面存在大量微小顆粒、雜質、缺陷等導致大量吸收激光能量或者場效應增強，最終引起光纖端面的局部熔融或炸裂，激光注入耦合失敗。當激光功率密度達到一臨界值后，光纖內的非線性效應劇烈增強，比如受激拉曼散射和受激布里淵散射，導致激光能量迅速損耗，光纖傳能失敗。

目前的激光注入光纖耦合主要有兩種方式：“伽利略望遠鏡”+聚焦透鏡注入耦合方式和單透鏡聚焦注入耦合方式。“伽利略望遠鏡”+聚焦透鏡注入耦合方式是對光束先擴束再聚焦，因此在其內部沒有焦點，但是增加了光學界面也就增大了傳輸損耗。但這些普通的耦合方式均要求小的注入光斑，才能得到高的耦合效率。但是小的注入光斑勢必引起大的功率密度，容易導致光纖端面損傷。就算以100/100注入孔徑注入激光，由于光纖的芯徑較小(數μm～數百μm)，光纖端面的激光功率密度仍然很高，易損傷光纖輸入端面。普通的石英光纖存在端面損傷閾值低和非線性吸收嚴重的問題，而空心光纖和光子晶體光纖由于其特殊的結構或者光束傳輸機理可以有效緩解這些問題。

發明內容

本實用新型提供了一種高功率激光的空心導光錐耦合真空傳輸裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：通過在入射激光和光纖之間加入一空心導光錐，使入射激光通過空心導光錐會聚后產生較小的光斑注入到光纖中去，空心導光錐與光纖之間密封連接，同時對空心導光錐內部和光纖纖芯內部抽真空或注入惰性氣體。空心導光錐是輸入端直徑較大輸出端直徑較小的空心圓錐體，它是一種非成像光束會聚裝置。激光由大端注入，小端與光纖密封連接。光纖為傳輸激光能量用空心光纖或光子晶體光纖，纖芯有空隙可以抽真空或注入惰性氣體，以減小激光損耗，提高輸出激光光束質量。

本實用新型的空心導光錐耦合真空傳輸裝置包括聚焦透鏡、空心導光錐、光纖，聚焦透鏡與光纖之間設置有空心導光錐。

本實用新型的空心導光錐耦合真空傳輸裝置中空心導光錐大端與光學窗口密封連接。

本實用新型的空心導光錐耦合真空傳輸裝置中空心導光錐小端與光纖輸入端密封無縫連接。

本實用新型的空心導光錐耦合真空傳輸裝置中空心導光錐可以由金屬(鋁、不銹鋼等)直接卷曲制造而成。也可由光學玻璃直接拉制，內表面涂抗激光損傷的高反射膜。

本實用新型的空心導光錐耦合真空傳輸裝置中光纖可以為普通石英光纖、一般空心光纖、光子晶體光纖中任意一種。

本實用新型的空心導光錐耦合真空傳輸裝置中空心導光錐內部抽真空或注入惰性氣體。

本實用新型的空心導光錐耦合真空傳輸裝置中光纖(空心光纖、光子晶體光纖)內部抽真空或注入惰性氣體。

本實用新型給出了一種提高光纖傳輸高功率激光容量、減少激光損傷概率、降低光纖內非線性損耗的有效方法和裝置。本裝置中的空心導光錐增加了注入激光的受光面積，從而減小了端面損傷概率，提高了注入激光能量。在相同的激光功率注入情況下，可以使輸入端面的激光功率密度最大下降為原來的b²/a²，a為空心導光錐大端半徑，b為空心導光錐小端半徑。