[發(fā)明專利]一種高功率光纖傳輸系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310469673.7
• 申請(qǐng)日: 2013-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN103490273A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施建宏;南岳;李榕;閆大鵬;李成;李立波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01S3/067
• 分類號(hào): H01S3/067;H01S3/04;G02B6/02
• 代理公司: 武漢開元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及高功率光纖傳輸系統(tǒng)，用于將輸入激光信號(hào)從光纖內(nèi)傳輸至空間，同時(shí)保證激光信號(hào)光束質(zhì)量，降低冗余激光發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品可靠性。

技術(shù)背景：

光纖激光器是繼傳統(tǒng)氣體激光器和固體激光器后的第三代新型激光器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、光束質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于機(jī)械加工、醫(yī)療、汽車制造及軍事等領(lǐng)域。隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，如汽車制造、船舶制造等行業(yè)中厚金屬板的激光器切割和焊接，希望光纖激光器的輸出功率達(dá)到數(shù)千瓦至數(shù)十千瓦。

雖然單根光纖可以承受數(shù)千瓦級(jí)別以上的功率，但是如何把纖芯內(nèi)的激光穩(wěn)定傳輸至空間，且不降低光束質(zhì)量，這仍然是一個(gè)難題。激光器在從纖芯傳輸至空間時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生一部分包層光，這部分光由于發(fā)散角較大，對(duì)端帽、光路整形系統(tǒng)等會(huì)產(chǎn)生一定破壞性影響，所以需要對(duì)這部分包層光進(jìn)行剝除；另外，激光在高功率打標(biāo)、切割、焊接時(shí)，由于加工件表面對(duì)于激光產(chǎn)生一定反射，根據(jù)光路可逆原理，一部分反射光容易沿原路返回至光纖傳輸系統(tǒng)，直至光纖內(nèi)，這部分反饋光極易使得光纖涂覆層發(fā)熱直至燒毀，且反饋至光纖內(nèi)的激光對(duì)激光器腔體極易產(chǎn)生破壞性損傷。綜上所述，研究一種包層剝離裝置，并把包層剝離出來(lái)的激光很快地傳導(dǎo)出去，對(duì)于高功率激光傳輸系統(tǒng)尤為重要。

傳統(tǒng)的包層剝離以及散熱解決方法是在光纖包層外涂覆一層高折射率膠，并使得這部分膠與金屬接觸，再通過對(duì)金屬的間接散熱，使熱量傳播出去。由于所使用的高分子材料膠水，在長(zhǎng)期高功率、高溫使用以后，其折射率、透光性會(huì)發(fā)生一定惡化，直至失效，使得此處包層剝離處易燒毀。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和問題，提供一種高功率激光傳輸系統(tǒng)，該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品穩(wěn)定、可靠。本發(fā)明采用在光纖包層外，采用無(wú)膠工藝結(jié)合一段包層剝離器，包層剝離器的折射率大于或者等于光纖包層，光纖包層光經(jīng)過包層剝離器以后，99%以上的光會(huì)被剝離出去，另外通過冷卻液與包層、剝離器、端帽直接接觸，能夠使得被剝離激光很快傳播出去。

一種高功率光纖傳輸系統(tǒng)，包括激光傳輸光纖、端帽、包層剝離器、殼體、光束整形器、激光保護(hù)窗口，其特征在于：激光傳輸光纖與一端帽熔接，激光傳輸光纖包層與一包層剝離器結(jié)合，端帽、激光傳輸光纖、包層剝離器、光束整形器分別固定在殼體內(nèi)，激光保護(hù)窗口固定在殼體上，且光束整形器與激光保護(hù)窗口置于端帽前端，殼體上設(shè)有水冷通道，并使包層剝離器與一段激光傳輸光纖置于水冷通道內(nèi)。

所述的激光傳輸光纖為單模光纖或多模光纖。

所述的激光傳輸光纖為單包層光纖、多包層光纖、光子晶體光纖、保偏光纖、多芯光纖、光纖束或者有源光纖。

所述的激光傳輸光纖結(jié)合一段包層剝離器結(jié)合方式為膠合、熔融結(jié)合、熔接或鍵合。

所述的包層剝離器表面加工呈鋸齒狀；或者表面進(jìn)行化學(xué)毛化、腐蝕處理，或者進(jìn)行光學(xué)冷加工，使得表面粗糙度增加。

所述的包層剝離器材料折射率大于或等于傳輸光纖包層折射率，材料為為石英、玻璃、氟化鈣、氟化霉、寶石、硅或硒化鋅。

所述的傳輸光纖、端帽、包層剝離器置于一水冷通道內(nèi)，且冷卻液能夠與傳輸光纖、端帽、包層剝離器直接接觸。

本發(fā)明在傳輸光纖包層上結(jié)合一段包層剝離器，并把包層剝離器、傳輸光纖、端帽置于水冷通道內(nèi)，解決了高功率光纖傳輸系統(tǒng)散熱與包層剝離問題，提高了器件的可靠性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是包層剝離器剝離激光傳輸光纖內(nèi)包層光的示意圖。

圖3是本發(fā)明的另外一實(shí)施例結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是本發(fā)明的產(chǎn)品2000W單模功率輸出光斑示意圖。

圖5是本發(fā)明的2000W包層光輸入，器件表面溫度變化示意圖。

具體實(shí)施方式：

如圖1、圖3所示，一種高功率光纖傳輸系統(tǒng)，包括激光傳輸光纖6、端帽1、包層剝離器2、殼體5、光束整形器3、激光保護(hù)窗口4，其特征在于：激光傳輸光纖6與一端帽1熔接，激光傳輸光纖6包層與一包層剝離器2結(jié)合，端帽1、激光傳輸光纖6、包層剝離器2、光束整形器3分別固定在殼體5內(nèi)，激光保護(hù)窗口4固定在殼體5上，且光束整形器3與激光保護(hù)窗口4置于端帽1前端，殼體5上設(shè)有水冷通道7，并使包層剝離器2與一段激光傳輸光纖6置于水冷通道7內(nèi)。所述的光束整形器3為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，直接購(gòu)買得到。

以激光輸入光纖為7根的光纖信號(hào)為例，其制備方法如下：