[發明專利]基于多芯光纖的高功率激光合束器

在審

• 申請號: 201410222391.1
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN104035166A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 閆大鵬;施建宏;李立波;李成
• 申請（專利權）人: 武漢銳科光纖激光器技術有限責任公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;G02B6/255
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術領域

本發明屬于光纖激光器技術領域，涉及一種高功率激光合束器，用于將多路輸入激光，合成為一個輸出，達到提高光纖激光器輸出功率、同時保證光束質量的目的。

技術背景

光纖激光器是繼傳統氣體激光器和固體激光器后的第三代新型激光器，具有結構緊湊、壽命長、免維護、光束質量好、節能環保等優點，已成功應用于機械加工、醫療、汽車制造及軍事等領域。隨著其應用領域的不斷拓展，如汽車制造、船舶制造等行業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到數千瓦至數十千瓦。

雖然目前單根光纖的輸出功率已經突破2000W，但僅限于實驗室水平，且由于摻雜光纖內的非線性效應以及熱損傷等物理機制的限制，單根光纖輸出功率的進一步提升將非常困難，目前成熟的單個光纖激光器功率單元一般功率在1500W左右。

為提高光纖激光器的輸出功率，這就需要將多個光纖激光器功率單元合為一束輸出，主要有相干合成和非相干合成兩種方法。光纖激光器的相干合成結構較為復雜，穩定性不佳，目前國內外報道實現最高功率僅為數千瓦。光纖激光器的非相干合成，也是已經商用的合成技術是功率合成，其通過把數根激光束通過熔融拉錐，成為一束，再與單根光纖熔接，該方法簡單可靠，也能實現高功率輸出，但是無法保證較高的光束質量。

發明內容

本發明的目的為了克服現有技術存在的缺陷和問題，提供一種基于多芯光纖的高功率激光合束器，用于光纖激光器功率合成，本發明的輸入端為多路激光信號，可以為光纖輸入，也可以為半導體芯片，經過光束整形以后空間輸入；激光耦合入多芯光纖以后，經過一段多芯錐形光纖，最后與輸出光纖熔接輸出。本發明，在保證耦合效率、可靠性的同時，能夠實現超高光束質量的激光合束，對于高功率激光合束有著重要意義。

一種基于多芯光纖的高功率激光合束器，包括多芯輸入光纖、輸出光纖、散熱封裝殼體、光纖傳輸系統，其特征在于：所述的多芯輸入光纖的一端通過拉錐形成一段多芯錐形光纖，多芯錐形光纖一端切平與輸出光纖熔接在一起或所述多芯輸入光纖直接與輸出光纖熔接，并封裝在散熱封裝殼體上，散熱封裝殼體內部進行水冷散熱，多路激光輸入信號進入多芯輸入光纖，在多芯錐形光纖或多芯輸入光纖內合束，并經傳輸光纖及光纖傳輸系統輸出功率。

所述多路激光輸入信號為全光纖輸入信號或者半導體芯片輸入信號，經過光束整形以后，空間輸入。

所述多芯輸入光纖的光纖纖芯數量大于或等于2。

所述多芯輸入光纖的纖芯為無源非參雜或有源參雜；光纖外包層是圓形或多邊形。

所述多芯輸入光纖的纖芯排布是對稱或非對稱；多芯光纖各個纖芯形狀相同或不相同。

所述多芯輸入光纖的纖芯以外的包層是單層或多層；包層外面的涂覆層是單層或多層。

所述多芯輸入光纖的一段多芯錐形光纖內，多路輸入激光發生相干合成組束或發生非相干組束。

所述的散熱封裝殼體的散熱基座材料為金屬氧化物材料。

所述所述多芯輸入光纖的一段多芯錐形光纖輸出端切平，直接熔接一段鍍膜端帽，輸出空間激光。

本發明客服了現有相干合成功率不高、穩定性差，功率合成光束質量差等缺陷問題，實現了多束激光，高功率、高光束質量合成。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的的主視圖。

圖2是一種多芯輸入光纖折射率分布示意圖。

圖3是另一種多芯輸入光纖折射率分布示意圖。

圖4是一種多芯六邊形光纖截面示意圖。

圖5a、圖5b、圖5c分別是3芯、4芯、19芯光纖截面示意圖。

圖6是多芯錐形光纖與端帽直接熔接示意圖。

圖7是多芯錐形光纖通光后端面激光分布示意圖。

具體實施方式

結合附圖對發明進行詳細的說明：

如圖1所示，一種基于多芯光纖的高功率激光合束器，包括多芯輸入光纖1、輸出光纖4、散熱封裝殼體9、光纖傳輸系統5，其特征在于：所述的多芯輸入光纖1的一端通過拉錐形成一段多芯錐形光纖2，多芯錐形光纖2一端部3切平與輸出光纖4熔接在一起，熔接點8使用固化膠水12封裝在散熱封裝殼體9上，散熱封裝殼體9內部進行水冷散熱，6為進水口，7為出水口，多路激光輸入信號進入多芯輸入光纖1，在多芯錐形光纖2內合束，并經傳輸光纖4及光纖傳輸系統5輸出功率。光纖傳輸系統5和水冷散熱均為現有結構。

以7芯光纖為例，其制備方法如下：

1、如圖2所示，7芯光纖，每個纖芯11直徑10um，纖芯參雜Ge，呈階躍折射率分布，NA＝0.08；