萬瓦級大功率光纖端帽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種萬瓦級大功率光纖端帽，包括光纖1、剝模器2、石英塊3和殼體4，光纖1貫穿于剝模器2，光纖1中部設(shè)有去涂敷層光纖6，去涂敷層光纖6設(shè)于剝模器2內(nèi)，殼體4內(nèi)設(shè)有冷卻腔5，剝模器2設(shè)于冷卻腔5內(nèi)，石英塊3嵌于殼體4的端部，石英塊3的一端設(shè)于殼體4的冷卻腔5內(nèi)且與光纖1相熔接，石英塊3的另一端設(shè)于殼體4外，且端部設(shè)有窗口片11。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明可以除去光纖中的殘余泵浦光和高階模式光，并將這些光轉(zhuǎn)化的熱能吸收并帶走；反向的有害光直接被冷卻介質(zhì)吸收，可以避免石英塊被燒壞的問題。通過設(shè)置溫控開關(guān)可以保護(hù)激光器，有效地提高了光纖對激光的輸出效率并保證光纖端帽在高功率的條件下持續(xù)穩(wěn)定地工作。
【專利說明】萬瓦級大功率光纖端帽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖端帽，尤其是一種萬瓦級大功率光纖端帽，主要應(yīng)用于高端大功率的光纖激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器等激光加工，如激光切割、激光焊接、激光3D打印等工業(yè)加工應(yīng)用和軍事激光武器等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些高端大功率的光纖激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器等激光器應(yīng)用領(lǐng)域中，所要傳輸激光的功率高達(dá)上千瓦至萬瓦級別，對激光器的性能要求十分的高，因此如何安全有效的將高功率的激光持續(xù)穩(wěn)定地輸出成為所要解決的技術(shù)難點(diǎn)。激光在傳輸過程中，光路的反射以及光纖自身的缺陷是引起功率損耗和損壞的主要原因，其中最容易出現(xiàn)問題的地方就是在光纖的端面處。在光纖端面處的高功率光的密度較大，在使用過程中極易造成光纖損傷，進(jìn)而影響激光的輸出功率。解決上述問題的傳統(tǒng)的方法是在光纖輸出的末端加上一種光學(xué)元件，可以使激光光束得到擴(kuò)大，從而可以降低其端面的光能量密度，提高傳輸?shù)陌踩院涂煽慷?。但是傳統(tǒng)所使用的光學(xué)元件只能在較低功率的工況下工作。目前，還沒有出現(xiàn)可以穩(wěn)定的工作在千瓦級甚至萬瓦級的光學(xué)元件。這些都嚴(yán)重制約著激光器向更高功率的發(fā)展，因此開發(fā)出一種能夠穩(wěn)定工作在千瓦級以上的高功率激光器的輸出光學(xué)元件就非常有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種萬瓦級大功率光纖端帽，它可以除去光纖中殘余的泵浦光以及一些高階模式的激光等有害光，同時(shí)可以將這些有害光轉(zhuǎn)化為熱能被冷卻介質(zhì)吸收并帶走；同時(shí)一些反射的有害光直接被冷卻介質(zhì)吸收，極大程度地減小了光纖對激光的輸出效率的影響。通過技術(shù)改進(jìn)，本發(fā)明不僅提高了光纖端帽的功率承受能力，還可以使光纖端帽在高功率的條件下持續(xù)穩(wěn)定地工作，同時(shí)可以對與之相連接的激光器進(jìn)行保護(hù)。
[0004]前述的萬瓦級是指承受功率可達(dá)到萬瓦以上。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種萬瓦級大功率光纖端帽，包括光纖、剝模器、石英塊和殼體，剝模器設(shè)于殼體內(nèi)，光纖貫入殼體并貫穿于剝模器，光纖中部設(shè)有去涂敷層光纖，去涂敷層光纖設(shè)于剝模器內(nèi)，殼體內(nèi)設(shè)有冷卻腔，剝模器設(shè)于冷卻腔內(nèi)，剝模器能夠剝除從纖芯漏到內(nèi)包層中傳輸?shù)母唠A模式的激光等有害光；冷卻腔內(nèi)設(shè)有冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)可以為水或者油，冷卻腔中的冷卻介質(zhì)可以將這些有害光轉(zhuǎn)化成的熱量吸收并散掉。石英塊嵌于殼體的端部，其中石英塊具有聞?chuàng)p傷閾值，在不影響激光功率的如提下，使激光擴(kuò)束，大大降低了光纖出光的單位面積的密度。石英塊的一端設(shè)于殼體的冷卻腔內(nèi)且與光纖相熔接，石英塊的另一端設(shè)于殼體外，且端部設(shè)有窗口片。窗口片位于端口位置，它可以阻止了外部灰塵的進(jìn)入，使石英塊免受污損，如果當(dāng)污損達(dá)到一定程度時(shí)，高能光將被阻擋并轉(zhuǎn)化為熱量，極容易燒壞石英塊，因此窗口片對石英塊具有很好的保護(hù)作用。
[0006]前述的萬瓦級大功率光纖端帽中，殼體外側(cè)的石英塊的端面上設(shè)有增透膜。增透膜可以有效降低了激光功率損耗。
[0007]前述的萬瓦級大功率光纖端帽中，所述的與光纖相熔接的石英塊的一端為圓錐臺(tái)形頭。具有傾斜角度的石英塊可以使反射光直接進(jìn)入冷卻介質(zhì)中，避免返射光進(jìn)入光纖的包層，通過設(shè)置結(jié)構(gòu)合理的石英塊，使反向的有害光不能進(jìn)入光纖包層，而是直接被冷卻介質(zhì)吸收，有效地提高了光纖對激光的輸出效率，也增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0008]前述的萬瓦級大功率光纖端帽中，所述的與光纖相熔接的石英塊的一端為圓柱形頭。石英塊中設(shè)有圓錐臺(tái)形頭結(jié)構(gòu)，具有傾斜角度的石英塊可以使反射光直接進(jìn)入冷卻介質(zhì)中，避免返射光進(jìn)入光纖的包層，通過設(shè)置結(jié)構(gòu)合理的石英塊，使反向的有害光不能進(jìn)入光纖包層，而是直接被冷卻介質(zhì)吸收，有效地提高了光纖對激光的輸出效率，也增加了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
[0009]前述的萬瓦級大功率光纖端帽中，殼體上還設(shè)有冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口，冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口均與冷卻腔相連通，冷卻介質(zhì)通過冷卻介質(zhì)入口進(jìn)入冷卻腔，吸收熱量后通過冷卻介質(zhì)出口排出。
[0010]前述的萬瓦級大功率光纖端帽中，殼體內(nèi)設(shè)有溫控開關(guān)，溫控開關(guān)與激光器內(nèi)部的電源相連接，可以控制激光器的開閉。
[0011]前述的萬瓦級大功率光纖端帽中，溫控開關(guān)的斷開溫度為60?70V。當(dāng)溫控開關(guān)感受到的溫度超過溫控開關(guān)的斷開溫度時(shí)，系統(tǒng)電路會(huì)自動(dòng)斷開，激光器停止工作。由此監(jiān)控了此處溫度的變化情況，保證器件在安全溫度范圍內(nèi)工作，從而保護(hù)了激光器，同時(shí)又能防止異常關(guān)機(jī)。
[0012]前述的萬瓦級大功率光纖端帽中，殼體的一端設(shè)有連接件，鎧纜的一端設(shè)于連接件內(nèi)，光纖貫穿于鎧纜內(nèi)，貫穿于鎧纜的光纖外部設(shè)有保護(hù)套管。鎧纜和保護(hù)套管均可以對光纖起到保護(hù)作用。
[0013]與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明能夠提供一種萬瓦級大功率光纖端帽，本發(fā)明用獨(dú)特的技術(shù)將石英塊與光纖熔接，使其可以承受萬瓦級功率的激光。通過設(shè)置剝膜器，它可以除去光纖中殘余的泵浦光以及一些高階模式的激光，并將這些光轉(zhuǎn)化的熱能被冷卻腔內(nèi)的冷卻介質(zhì)吸收并帶走，使光纖端帽在高功率的條件下持續(xù)穩(wěn)定地工作。通過設(shè)置結(jié)構(gòu)合理的石英塊，使反向的有害光不能進(jìn)入光纖包層，而是直接被冷卻介質(zhì)吸收，有效地提高了光纖對激光的輸出效率。通過石英塊一端設(shè)置的窗口片可以對石英塊進(jìn)行保護(hù)，防止灰塵落在石英塊上，避免了石英塊被燒壞的問題。通過設(shè)置溫控開關(guān)，可以監(jiān)控器件內(nèi)部的溫度，保證其在正常的溫度范圍內(nèi)工作，進(jìn)而起到保護(hù)激光器的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為萬瓦級大功率光纖端帽的一種結(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖2為萬瓦級大功率光纖端帽的另一種結(jié)構(gòu)圖。
[0016]附圖中的標(biāo)記為:1-光纖，2-剝模器，3-石英塊，4-殼體，5-冷卻腔，6_去涂敷層光纖，7-冷卻介質(zhì)入口，8-冷卻介質(zhì)出口，9-保護(hù)套管，10-溫控開關(guān)，11 -窗口片，12-連接件，13-鎧纜，14-增透膜。
【具體實(shí)施方式】[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0018]本發(fā)明的實(shí)施例1:如圖1所示，一種萬瓦級大功率光纖端帽，包括光纖1、剝模器2、石英塊3和殼體4,剝模器2設(shè)于殼體4內(nèi)，光纖I貫入殼體4并貫穿于剝模器2,光纖I中部設(shè)有去涂敷層光纖6,去涂敷層光纖6設(shè)于剝模器2內(nèi)，殼體4內(nèi)設(shè)有冷卻腔5,剝模器2設(shè)于冷卻腔5內(nèi)，石英塊3嵌于殼體4的端部,石英塊3的一端設(shè)于殼體4的冷卻腔5內(nèi)且與光纖I相熔接，石英塊3的另一端設(shè)于殼體4外，且端部設(shè)有窗口片11。所述的殼體4外側(cè)的石英塊3的端面上設(shè)有增透膜14。所述的與光纖I相熔接的石英塊3的一端為圓錐臺(tái)形頭。殼體4上還設(shè)有冷卻介質(zhì)入口 7和冷卻介質(zhì)出口 8，冷卻介質(zhì)入口 7和冷卻介質(zhì)出口 8均與冷卻腔5相連通。殼體4內(nèi)設(shè)有溫控開關(guān)10。溫控開關(guān)10的斷開溫度為60?70°C。殼體4的一端設(shè)有連接件12，鎧纜13的一端設(shè)于連接件12內(nèi)，光纖I貫穿于鎧纜13內(nèi)，貫穿于鎧纜13的光纖I外部設(shè)有保護(hù)套管9。
[0019]本發(fā)明的實(shí)施例2:如圖2所示，一種萬瓦級大功率光纖端帽，包括光纖1、剝模器
2、石英塊3和殼體4,剝模器2設(shè)于殼體4內(nèi)，光纖I貫入殼體4并貫穿于剝模器2,光纖I中部設(shè)有去涂敷層光纖6,去涂敷層光纖6設(shè)于剝模器2內(nèi)，殼體4內(nèi)設(shè)有冷卻腔5,剝模器2設(shè)于冷卻腔5內(nèi)，石英塊3嵌于殼體4的端部,石英塊3的一端設(shè)于殼體4的冷卻腔5內(nèi)且與光纖I相熔接，石英塊3的另一端設(shè)于殼體4外，且端部設(shè)有窗口片11。所述的殼體4外側(cè)的石英塊3的端面上設(shè)有增透膜14。所述的與光纖I相熔接的石英塊3的一端為圓柱形頭。殼體4上還設(shè)有冷卻介質(zhì)入口 7和冷卻介質(zhì)出口 8，冷卻介質(zhì)入口 7和冷卻介質(zhì)出口 8均與冷卻腔5相連通。殼體4內(nèi)設(shè)有溫控開關(guān)10。溫控開關(guān)10的斷開溫度為60?70°C。殼體4的一端設(shè)有連接件12，鎧纜13的一端設(shè)于連接件12內(nèi)，光纖I貫穿于鎧纜13內(nèi)，貫穿于鎧纜13的光纖I外部設(shè)有保護(hù)套管9。
[0020]本發(fā)明的工作原理:以激光器為例，在激光器中的合適位置加入萬瓦級大功率光纖端帽，接通主電源后，激光器中產(chǎn)生激光，當(dāng)光經(jīng)過萬瓦級大功率光纖端帽時(shí)，光纖端帽內(nèi)的剝模器2可以剝除掉從纖芯漏到內(nèi)包層中傳輸?shù)母唠A模式的激光等有害光，減小這些有害光對光傳播效率的影響，剝除的這些有害光會(huì)產(chǎn)生大量的熱，冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)入口 7進(jìn)入殼體4內(nèi)的冷卻腔5并通過冷卻介質(zhì)出口 8流出，帶走有害光產(chǎn)生的熱量。殼體4內(nèi)設(shè)有溫控開關(guān)10，溫控開關(guān)10與激光器內(nèi)部的電路相連接，當(dāng)溫控開關(guān)感受到的溫度在60?70°C的時(shí)候，系統(tǒng)電路會(huì)自動(dòng)斷開，激光器停止工作，如此便可保證器件在安全溫度范圍內(nèi)工作。光纖端帽內(nèi)的石英塊3在不影響光斑質(zhì)量和光功率的前提下，大大降低了光纖出光的單位面積的密度，從而增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。位于石英塊3—端的窗口片11阻止了外部灰塵的進(jìn)入，使石英快免受污損，避免了因污損產(chǎn)生大量的熱，進(jìn)而避免了石英塊被燒壞的危險(xiǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:包括光纖(I)、剝模器(2)、石英塊(3)和殼體(4),剝模器(2)設(shè)于殼體(4)內(nèi)，光纖(I)貫入殼體(4)并貫穿于剝模器(2),光纖(I)中部設(shè)有去涂敷層光纖(6)，去涂敷層光纖(6)設(shè)于剝模器(2)內(nèi)，殼體(4)內(nèi)設(shè)有冷卻腔(5),剝模器(2)設(shè)于冷卻腔(5)內(nèi)，石英塊(3)嵌于殼體(4)的端部，石英塊(3)的一端設(shè)于殼體(4)的冷卻腔(5)內(nèi)且與光纖(I)相熔接，石英塊(3)的另一端設(shè)于殼體(4)外,且端部設(shè)有窗口片(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:殼體(4)外側(cè)的石英塊(3)的端面上設(shè)有增透膜(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:所述的與光纖(I)相熔接的石英塊(3)的一端為圓錐臺(tái)形頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:所述的與光纖(I)相熔接的石英塊(3)的一端為圓柱形頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:殼體(4)上還設(shè)有冷卻介質(zhì)入口(7)和冷卻介質(zhì)出口(8)，冷卻介質(zhì)入口(7)和冷卻介質(zhì)出口(8)均與冷卻腔(5)相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:殼體(4)內(nèi)設(shè)有溫控開關(guān)(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:溫控開關(guān)(10)的斷開溫度為60?70°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的萬瓦級大功率光纖端帽，其特征在于:殼體(4)的一端設(shè)有連接件(12)，鎧纜(13)的一端設(shè)于連接件(12)內(nèi)，光纖(I)貫穿于鎧纜(13)內(nèi)，貫穿于鎧纜(13)的光纖(I)外部設(shè)有保護(hù)套管(9)。
【文檔編號(hào)】G02B6/44GK103676051SQ201310629400
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】李剛, 胡小波 申請人:深圳市創(chuàng)鑫激光技術(shù)有限公司