一種光纖隔離器結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于激光傳輸中的光纖隔離器結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在高功率激光器尤其是光纖激光器領(lǐng)域，在激光加工、激光切割和激光焊接時(shí)，處理那些具有高反射率的材料時(shí)，例如銅，有時(shí)甚至?xí)懈哌_(dá)90%的光被返回，返回光很有可能會(huì)損傷傳輸光纖，甚至是激光器，因而在光纖激光器的輸出端加入隔離器進(jìn)行保護(hù)就顯得十分必要?，F(xiàn)有的隔離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。
[0003]美國(guó)專利局于2009年7月9日公開(kāi)的專利申請(qǐng)《Fibre Laser System》(光纖激光器系統(tǒng)，公開(kāi)號(hào):US 2009/0175301 A1 )，如圖1所示，提出在高功率光纖激光器輸出光纖10尾端熔接一個(gè)喇叭狀光纖頭20，并將喇叭狀光纖頭20固定于一毛細(xì)管30內(nèi)，該毛細(xì)管30的一端切割成具有約49°傾斜角的斜面31，該斜面31可以盡可能地減小背反射，對(duì)返回光起到了光纖隔離器的作用。在光纖10尾端熔接的喇叭狀光纖頭20的直徑大約為2000 μ m,遠(yuǎn)大于一般單模光纖的直徑，使得激光在輸出至空氣中時(shí)端面面積大大增加，能量密度大為減小，一方面使得輸出端面不至于因?yàn)榛覊m等污染而造成光纖端面損傷，另一方面使得在輸出端面鍍?cè)鐾改ぽ^為容易。
[0004]但是上述專利公開(kāi)的結(jié)構(gòu)中，毛細(xì)管30內(nèi)徑一般與喇叭狀光纖頭20最大直徑相當(dāng)，以致單模光纖與毛細(xì)管30之間存在較大空氣間隙32。但是，返回光只有進(jìn)入毛細(xì)管30的部分會(huì)被毛細(xì)管30尾端的斜面31反射而隔離，而進(jìn)入喇叭狀光纖頭20的返回光除了極少的一部分沿單模光纖纖芯回傳外，其余進(jìn)入喇叭狀光纖頭20的返回光將可能沿單模光纖的包層(非纖芯部分)回傳。該結(jié)構(gòu)中，單模光纖與毛細(xì)管30之間存在的較大空氣間隙31，使得這部分非纖芯光極有可能回傳至激光器，從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種光纖隔離器結(jié)構(gòu)及其制作方法，可以隔離掉大部分的返回光，以及沿光纖非纖芯部分回傳的非纖芯光，使得非纖芯光幾乎為零，避免傳輸光纖或激光器被損傷，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:一種光纖隔離器結(jié)構(gòu)，包括毛細(xì)管和套于毛細(xì)管內(nèi)的光纖，所述毛細(xì)管端面為內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)；所述光纖輸出端熔接一光纖端頭，所述光纖端頭直徑大于光纖直徑；光纖端頭和光纖與毛細(xì)管之間填滿Si02氣溶膠固定。
[0007]進(jìn)一步的，所述光纖端頭與光纖熔接端為喇叭狀尾椎結(jié)構(gòu)。
[0008]或者，所述光纖端頭為一節(jié)無(wú)芯光纖，其直徑大小與毛細(xì)管外徑相等。
[0009]進(jìn)一步的，所述毛細(xì)管端面圓錐結(jié)構(gòu)的倒角為45°。
[0010]進(jìn)一步的，還包括一玻璃套管，所述玻璃套管一端為與所述毛細(xì)管端面相同的內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)；所述光纖端頭、光纖和毛細(xì)管設(shè)于該玻璃套管內(nèi)，并通過(guò)Si02氣溶膠固定。
[0011]上述光纖隔離器的制造方法，包括如下步驟:a)截取一段毛細(xì)管，將毛細(xì)管一端或兩端的端面制作成內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)山)將熔接有光纖端頭的光纖插入所述毛細(xì)管內(nèi)，光纖端頭與毛細(xì)管端面之間留有間隔；c)在光纖端頭與毛細(xì)管端面、光纖與毛細(xì)管之間填充Si02氣溶膠，并固化；步驟b)中所述光纖端頭與光纖熔接端為喇叭狀尾椎結(jié)構(gòu)。
[0012]進(jìn)一步的，還包括步驟d)準(zhǔn)備一玻璃套管，該玻璃套管一端為與所述毛細(xì)管端面相同的內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)；在玻璃套管內(nèi)表面涂上Si02氣溶膠，將所述固化在一起的毛細(xì)管、光纖端頭和光纖套進(jìn)玻璃套管內(nèi)，并通過(guò)涂于玻璃套管內(nèi)表面的Si02固化在一起。
[0013]或者，所述光纖隔離器的制造方法，包括如下步驟:a)截取一段毛細(xì)管，將毛細(xì)管一端的端面制作成內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)，將光纖插入毛細(xì)管內(nèi)，并穿過(guò)毛細(xì)管，通過(guò)Si02氣溶膠將光纖與毛細(xì)管固化在一起山)切割毛細(xì)管不具有圓錐結(jié)構(gòu)的另一端面，使光纖端面與毛細(xì)管該端面平齊；c)在所述毛細(xì)管平齊的端面熔接一節(jié)無(wú)芯光纖；所述無(wú)芯光纖直徑大小與毛細(xì)管外徑相等。
[0014]進(jìn)一步的，還包括步驟d)準(zhǔn)備一玻璃套管，該玻璃套管一端為與所述毛細(xì)管端面相同的內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)；在玻璃套管內(nèi)表面涂上Si02氣溶膠，將所述固化在一起的毛細(xì)管、無(wú)芯光纖和光纖套進(jìn)玻璃套管內(nèi)，并通過(guò)涂于玻璃套管內(nèi)表面的Si02固化在一起。
[0015]進(jìn)一步的，上述各制作方法中，所述毛細(xì)管端面的圓錐結(jié)構(gòu)倒角優(yōu)選45°。
[0016]本發(fā)明的有益效果為:將毛細(xì)管套于光纖上，并通過(guò)Si02氣溶膠與光纖端頭固化在一起，在光纖、光纖端頭與毛細(xì)管之間填充Si02氣溶膠固化，由于Si02氣溶膠固化后折射率與光纖包層折射率很接近，使得非纖芯光較易離開(kāi)光纖，并最終被毛細(xì)管或玻璃套管的圓錐結(jié)構(gòu)反射而隔離；而且通過(guò)將光纖與毛細(xì)管固化，使得毛細(xì)管與光纖接觸的長(zhǎng)度可以大大延長(zhǎng)，使得非纖芯光有足夠的距離可以離開(kāi)光纖包層，并通過(guò)Si02氣溶膠層進(jìn)入毛細(xì)管，從而將非纖芯光隔離，使得返回激光器內(nèi)的非纖芯光幾乎為零，達(dá)到更好的隔離效果。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的光纖隔離器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明光纖隔離器實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明光纖隔離器實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一光纖隔離器結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例二光纖隔離器結(jié)構(gòu)的制作過(guò)程示意圖。
[0018]附圖標(biāo)示:10、光纖；20、喇叭狀光纖頭；30、毛細(xì)管；31、斜面；32、空氣間隙；33、圓錐結(jié)構(gòu)；40、光纖端頭；50、Si02氣溶膠；60、玻璃套管；70、無(wú)芯光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]本發(fā)明的光纖隔離器結(jié)構(gòu)將毛細(xì)管套于光纖上，并通過(guò)Si02氣溶膠與光纖端頭固化在一起，在光纖、光纖端頭與毛細(xì)管之間填充Si02氣溶膠固化，由于Si02氣溶膠固化后折射率與光纖包層折射率很接近，使得非纖芯光較易離開(kāi)光纖，并最終被毛細(xì)管或玻璃套管的圓錐結(jié)構(gòu)反射而隔離；而且通過(guò)將光纖與毛細(xì)管固化，使得毛細(xì)管與光纖接觸的長(zhǎng)度可以大大延長(zhǎng)，使得非纖芯光有足夠的距離可以離開(kāi)光纖包層，并通過(guò)Si02氣溶膠層進(jìn)入毛細(xì)管，從而將非纖芯光隔離，使得返回激光器內(nèi)的非纖芯光幾乎為零，達(dá)到更好的隔離效果。具體的，該光纖隔離器結(jié)構(gòu)，包括毛細(xì)管和套于毛細(xì)管內(nèi)的光纖。其中，毛細(xì)管端面為內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)，光纖輸出端熔接一光纖端頭，該光纖端頭直徑大于光纖直徑，與毛細(xì)管直徑相當(dāng)；光纖端頭和光纖與毛細(xì)管之間填滿Si02氣溶膠固定。
[0021]如圖2所示的實(shí)施例一，該實(shí)施例中采用的光纖端頭40為喇叭狀光纖頭，其一端為喇叭狀尾椎結(jié)構(gòu)，毛細(xì)管30的兩端面均設(shè)為內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)33。該喇叭狀尾椎結(jié)構(gòu)的末端與光纖10熔接在一起，光纖10穿過(guò)毛細(xì)管30，該喇叭狀光纖頭與毛細(xì)管30端面之間具有一定間隔，在喇叭狀光纖頭與毛細(xì)管30之間的該間隔、光纖10與毛細(xì)管30之間的間隙內(nèi)均填充有Si02氣溶膠50，通過(guò)該Si02氣溶膠50固定在一起，構(gòu)成一個(gè)光纖隔離器。該實(shí)施例中，還設(shè)有一玻璃套管60，該玻璃套管60的一端具有與毛細(xì)管30端面相同的內(nèi)凹的圓錐結(jié)構(gòu)；上述固定在一起的喇叭狀光纖頭、光纖10和毛細(xì)管30設(shè)于該玻璃套管60內(nèi)，并通過(guò)Si02氣溶膠50與玻璃套管60固定。其中，毛細(xì)管30端面的圓錐結(jié)構(gòu)33的倒角α可在40° -50°之間，以45°為優(yōu)選。
[0022]返回光，如圖2中虛線所示，一部分入射到玻璃套管60內(nèi)，經(jīng)玻璃套管60末端的圓錐結(jié)構(gòu)反射隔離，另一部