[實用新型]適用活動光纖連接頭的光纖耦合結構

有效

• 申請號: 201220367052.9
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN202886656U
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 韓靜
• 申請（專利權）人: 北京大族天成半導體技術有限公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;H01S5/068
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型應用于通過光纖耦合輸出的激光器件，通過它可以將激光，尤其是半導體激光，耦合進可插拔更換的光纖，屬于激光和應用光學領域。

背景技術

在實際應用當中，大多數通過光纖耦合輸出的激光器件，特別是半導體激光模塊，其輸出光纖通過焊接或粘接與模塊外殼固定，光纖不能夠更換。當需要更換不同型號光纖而又無法熔接的時候，整個器件就無法使用。另外一種常見的情況是使用過程中光纖損壞，這種情況下要更換光纖也基本是不可能的，只能是整個激光器報廢或返修。隨著激光器性能的不斷提高，尤其是半導體激光器性能的迅速提高，越來越多的高功率激光應用在醫療、材料加工等領域，在這些領域中，光纖的可更換性是一個重要的應用需求。

不少生產廠家設計并提供了使用可插拔更換的活動光纖連接頭的光纖耦合激光器。常見的結構是在激光器外殼側壁上開孔，安裝一個連接頭插座，調整它的位置并固定在外殼上，讓光纖插針插入連接頭插座之后，光纖插針端面正好位于殼體內部激光經過光束整形、聚焦后的焦點位置。200820180692.2號專利針對半導體激光器模塊提出了一種將光纖連接頭插座焊接在封裝外殼上的開口管中的結構，將插座和透鏡事先安裝到一起，結構比較緊湊。隨著激光功率越來大，內部光路越來越復雜，已有的這些將連接頭插座固定在封裝外殼側壁上的方案凸顯出兩點不足。

第一，在工作時因為各種環境因素的變化，特別是散熱條件的變化，會在外殼上產生應力導致形變，在這種情況下光纖耦合點的位置就會變化，不再保持在最高耦合效率點，導致耦合效率下降，而這種形變往往是不可預測的，結果就是輸出功率的下降和不穩定。

第二，由于光纖耦合的效率不可能是百分之百，總會在耦合處有損失，這些損失的光將在連接頭處的光纖中以包層模或泄漏模的形式耗散掉，產生熱量。當激光器功率比較高時，這種熱量會成為一個嚴重問題。由于連接頭插座安裝在管壁上，通常管壁不會很厚，有時還會采用低導熱率的金屬來實現焊接密封，因此從光纖插針到激光模塊的散熱部分，通常是底板，之間的導熱通道非常狹窄，也就是說熱阻非常大，這導致了光纖連接頭產生的熱量無法從連接頭插座上有效地散掉，連接頭插座的溫度將會升得非常高，嚴重時會燒毀連接頭和光纖，帶來可靠性問題。

因此，需要設計一種更適合高功率激光應用的適用活動光纖連接頭的光纖耦合結構。

發明內容

本實用新型提供了一種適用活動光纖連接頭的光纖耦合結構。如圖1所示。該結構由一個特制的光纖連接頭插座1、透鏡2和支持座3構成，用在激光模塊的出光端，能夠將模塊內部經整形、準直后的激光束9高效耦合到光纖中。這個結構能夠解決光纖耦合點位置變化以及在大功率條件下光纖連接頭的散熱問題。

光纖連接頭插座1接受活動光纖連接頭7插入和拔出的一端為外側，另外一端為內側，見圖3。可以針對各種標準活動光纖連接頭來設計其外側光纖插入端的內孔和緊固結構，以做到良好的匹配，常見的有SMA905、SC、ST、FC等標準結構。也可以針對特殊的需求來設計能匹配非標準連接頭的結構。具體來講，光纖連接頭插座外側光纖插入端的內孔直徑必須和相應的活動光纖連接頭的插針外徑為緊密配合，由于通常插針的圓柱形外表面和插針中心的光纖為同軸，所以插座內孔和光纖就能保證同軸。

光纖連接頭插座1的內側安裝有透鏡2。透鏡2可以是球面、非球面透鏡，也可以是自聚焦透鏡，也可以是由這些透鏡組合起來的透鏡組。透鏡或透鏡組可以直接插入光纖連接頭插座1內側的內孔，即插座內側的孔直徑與透鏡或透鏡組的外徑為密配合。當透鏡或透鏡組的直徑比較大，無法直接安裝在透鏡座內側孔內時，也可以用一個透鏡座11，將透鏡或透鏡組安裝在透鏡座內，再將透鏡座安裝在插座內側。具體結構見圖3和圖4。

安裝好透鏡的光纖連接頭插座，它的外側內孔與透鏡為同軸。當活動光纖連接頭的插針插入插座外側內孔后，透鏡與光纖就同軸了。當插針端面位于透鏡的焦平面上，并且模塊內部向插座內側射來的經整形的激光束與透鏡和光纖同軸時，就可以獲得最高的耦合效率。

光纖連接頭插針插入光纖連接頭插座內的位置，必須滿足插針端面位于透鏡的焦平面位置的條件，可以采用一個限位環10來固定插針的位置。限位環10安裝在外側內孔中，它的一側位于焦平面位置，插針只要頂緊限位環10，即可保證插針端面的位置也在透鏡焦平面上。