一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的光纖激光輸出頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開了一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的新型光纖激光輸出頭，屬于光纖激光器技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著光纖激光器的功率不斷提高，對激光器輸出端的要求也越來越高，光纖輸出端面上會由于功率密度過大而被燒毀，當使用光纖傳輸高功率激光時，光纖端面反射、光學損傷和工作功率過大是激光輸出頭工作時遇到的主要問題?；谝陨显?，在光纖端面前焊接石英端帽并對其冷卻封裝，并在激光輸出頭中加入光電監(jiān)測系統(tǒng)可有效的解決上述問題。另外，在石英端帽前端加入光束聚焦系統(tǒng)對光束進行聚焦，改善了輸出激光的光斑大小，可使其直接用于激光加工。
[0003]激光輸出頭是光纖激光器的核心關鍵器件，只有掌握其制備技術，制備出質(zhì)量、性能符合實際需求的高性能激光輸出頭，才能實現(xiàn)高功率光纖激光器國產(chǎn)化、降低成本的目的。本項目意義在于通過自主研發(fā)高功率光纖激光器關鍵器件——激光輸出頭，從而為高功率光纖激光器的國產(chǎn)化邁出重要一步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本本發(fā)明公開了一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的新型光纖激光輸出頭，實現(xiàn)了萬瓦級的激光輸出。
[0005]該光纖激光輸出頭由激光功率傳輸裝置和外部封裝器件組成，激光功率傳輸裝置包括光束聚焦系統(tǒng)、石英端帽3、光纖4和模式剝離器12，外部封裝器件包括光電監(jiān)測系統(tǒng)5、水流導向管6、金屬外殼7、夾持鎖扣8、進水接頭9、出水接頭10、金屬光纜接頭11 ;光束聚焦系統(tǒng)包括聚焦透鏡1、焦距調(diào)節(jié)裝置2 ;光束聚焦系統(tǒng)帶有光束聚焦和保護功能，并且焦距大小可調(diào)節(jié)，使輸出激光可直接用于激光加工，同時起到防止石英端帽3損傷的作用。石英端帽3的結(jié)構(gòu)一方面通過增大出射面積降低了激光出射的光功率密度，使其遠低于光纖端面的損傷閾值；另一方面通過在端面鍍增透膜可以有效的防止菲涅爾反射。模式剝離器12可以同時剝除光纖包層中正向傳輸?shù)募す夂蜌堄啾闷止?，以及沿端面反射回的激光，確保激光在纖芯中的穩(wěn)定傳輸。光電監(jiān)測系統(tǒng)5通過前后探測器分別探測剝離出的散射光功率和反射回光功率，來監(jiān)測并控制激光輸出頭的工作狀態(tài)。由水流導向管等結(jié)構(gòu)組成的水冷系統(tǒng)通過水循環(huán)將多余熱量帶走，可以實現(xiàn)對激光輸出頭工作時溫度的控制，同時管內(nèi)的水是模式剝離器的一部分，可以帶走剝離出的激光。金屬外殼為封裝主體結(jié)構(gòu)，用于保護和連接其他裝置。夾持鎖扣起到固定作用。金屬光纜接頭用于固定和連接光纜。
[0006]本發(fā)明公開了一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的新型光纖激光輸出頭。在光纖端面前焊接石英端帽并對其冷卻封裝，并在激光輸出頭中加入光束聚焦系統(tǒng)和光電監(jiān)測系統(tǒng)，改善了輸出激光的整體特性，可使其直接用于激光加工。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明激光輸出頭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明內(nèi)部模式剝離器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖中:1、聚焦透鏡，2、焦距調(diào)節(jié)裝置，3、石英端帽，4、光纖，5、光電檢測裝置，6、水流導向管，7、金屬柱體，8、夾持鎖扣，9、進水裝置，10、出水裝置，11、金屬光纜接頭，12、模式剝離器.
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0011]如圖1和圖2所示，一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的光纖激光輸出頭，該光纖激光輸出頭由激光功率傳輸裝置和外部封裝器件組成，激光功率傳輸裝置包括光束聚焦系統(tǒng)、石英端帽3、光纖4和模式剝離器12，外部封裝器件包括光電監(jiān)測系統(tǒng)5、水流導向管6、金屬外殼7、夾持鎖扣8、進水接頭9、出水接頭10、金屬光纜接頭11 ;光束聚焦系統(tǒng)包括聚焦透鏡1、焦距調(diào)節(jié)裝置2。
[0012]聚焦透鏡I鑲嵌在焦距調(diào)節(jié)裝置2端部。
[0013]金屬柱體7的一端與焦距調(diào)節(jié)裝置2內(nèi)壁固定，金屬柱體7的另一端與金屬光纜接頭11通過螺紋連接固定；石英端帽3安裝在金屬柱體7端部中心處。
[0014]石英端帽3的一端與光纖4的一端通過熔接方式連接，在光纖4另一端設有模式剝離器12 ;模式剝離器12安裝在水流導向管6的中心，水流導向管6與進水裝置9、出水裝置10連接，進水裝置9、出水裝置10對稱設置在水流導向管6兩側(cè)；所述石英端帽3、光纖
4、夾持鎖扣8、水流導向管6、模式剝離器12沿金屬柱體7的軸向方向布置。
[0015]光電檢測裝置5設置在水流導向管6與金屬柱體7表面之間。夾持鎖扣8為金屬柱體7外表面的鎖狀結(jié)構(gòu)。金屬光纜接頭11與金屬柱體7尾部通過螺紋連接固定；所述光電檢測裝置5、進水裝置9、出水裝置10沿金屬柱體7的徑向方向布置。
[0016]本發(fā)明的工作原理:當萬瓦級大功率激光通過該激光輸出頭時，首先，模式剝離器12剝除包層中正向傳輸?shù)募す夂蜌堄啾闷止猓瑫r，光電檢測裝置5中的正向光探測器探測到剝離出的散射光功率。然后，激光通過石英端帽3出射，由于出射端面積的增加，出射光功率密度大幅降低，有效避免了端面的損傷，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性。由石英端帽3輸出的激光隨后被聚焦透鏡I聚焦，且光斑大小由焦距調(diào)節(jié)裝置2控制。另外，當利用所述激光頭進行激光加工時，產(chǎn)生的反射回光的功率由光電檢測裝置5中的反向光探測器測得。最后，由水流導向管6、進水裝置9和出水裝置10構(gòu)成的冷卻裝置帶走模式剝離器12工作時產(chǎn)生的大量的熱。
【主權(quán)項】
1.一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的光纖激光輸出頭，其特征在于:該光纖激光輸出頭由激光功率傳輸裝置和外部封裝器件組成，激光功率傳輸裝置包括光束聚焦系統(tǒng)、石英端帽(3)、光纖(4)和模式剝離器(12)，外部封裝器件包括光電監(jiān)測系統(tǒng)(5)、水流導向管(6)、金屬外殼(7)、夾持鎖扣(8)、進水接頭(9)、出水接頭(10)、金屬光纜接頭(11);光束聚焦系統(tǒng)包括聚焦透鏡(I)、焦距調(diào)節(jié)裝置(2); 聚焦透鏡I鑲嵌在焦距調(diào)節(jié)裝置2端部； 金屬柱體(7)的一端與焦距調(diào)節(jié)裝置(2)內(nèi)壁固定，金屬柱體(7)的另一端與金屬光纜接頭(11)通過螺紋連接固定；石英端帽(3)安裝在金屬柱體(7)端部中心處； 石英端帽(3)的一端與光纖(4)的一端連接，在光纖(4)另一端設有模式剝離器(12);模式剝離器(12)安裝在水流導向管(6)的中心，水流導向管(6)與進水裝置(9)、出水裝置(10)連接，進水裝置(9)、出水裝置(10)對稱設置在水流導向管(6)兩側(cè)；所述石英端帽(3)、光纖(4)、水流導向管(6)、模式剝離器(12)沿金屬柱體(7)的軸向方向布置；光電檢測裝置(5)設置在水流導向管(6)與金屬柱體(7)表面之間；夾持鎖扣⑶為金屬柱體(7)外表面的鎖狀結(jié)構(gòu)；金屬光纜接頭(11)與金屬柱體(7)尾部通過螺紋連接固定；所述光電檢測裝置(5)、進水裝置(9)、夾持鎖扣(8)、出水裝置(10)沿金屬柱體(7)的徑向方向布置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的光纖激光輸出頭，其特征在于:石英端帽(3)與光纖(4)通過熔接方式連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的光纖激光輸出頭，其特征在于:當萬瓦級大功率激光通過該激光輸出頭時，首先，模式剝離器(12)剝除包層中正向傳輸?shù)募す夂蜌堄啾闷止猓瑫r，光電檢測裝置(5)中的正向光探測器探測到剝離出的散射光功率；然后，激光通過石英端帽(3)出射，由于出射端面積的增加，出射光功率密度大幅降低，有效避免了端面的損傷，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性；由石英端帽(3)輸出的激光隨后被聚焦透鏡(I)聚焦，且光斑大小由焦距調(diào)節(jié)裝置(2)控制；另外，當利用所述激光頭進行激光加工時，產(chǎn)生的反射回光的功率由光電檢測裝置(5)中的反向光探測器測得；最后，由水流導向管(6)、進水裝置(9)和出水裝置(10)構(gòu)成的冷卻裝置帶走模式剝離器(12)工作時產(chǎn)生的大量的熱。
【專利摘要】一種具有帶光束聚焦特性和功率監(jiān)測功能的光纖激光輸出頭，該光纖激光輸出頭由激光功率傳輸裝置和外部封裝器件組成，當萬瓦級大功率激光通過該激光輸出頭時，模式剝離器剝除包層中正向傳輸?shù)募す夂蜌堄啾闷止猓瑫r，光電檢測裝置中的正向光探測器探測到剝離出的散射光功率。然后，激光通過石英端帽出射，由于出射端面積的增加，出射光功率密度大幅降低。由石英端帽輸出的激光隨后被聚焦透鏡聚焦，且光斑大小由焦距調(diào)節(jié)裝置控制。另外，當利用所述激光頭進行激光加工時，產(chǎn)生的反射回光的功率由光電檢測裝置中的反向光探測器測得。最后，由水流導向管、進水裝置和出水裝置構(gòu)成的冷卻裝置帶走模式剝離器工作時產(chǎn)生的大量的熱。
【IPC分類】G02B27/09, H01S3/042, H01S3/02
【公開號】CN104882770
【申請?zhí)枴緾N201510316146
【發(fā)明人】王智勇, 趙小涵, 葛廷武, 董繁龍, 孫暢, 符聰, 李思源
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月10日