一種光纖激光器光路系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型屬于光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，用于將復(fù)雜的光纖激光器光路系統(tǒng)，集成于一簡單的光纖激光器光路系統(tǒng)中，該發(fā)明具有體積小、可靠性高，集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠在保證高光束質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高功率激光穩(wěn)定輸出。
技術(shù)背景:
[0002]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、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。
[0003]傳統(tǒng)光纖激光器由:電路控制單元、半導(dǎo)體泵浦單元、光纖激光光路單元、功率傳輸單元組成。其中光纖光路單元與功率傳輸單元是光纖激光器區(qū)別于半導(dǎo)體激光器的關(guān)鍵。目前，商用的光纖激光器都是把這兩部分作為單獨(dú)組件，進(jìn)行裝配。
[0004]光纖激光器與半導(dǎo)體激光器是目前最新一代的激光器，相比于光纖激光器，半導(dǎo)體激光器由于沒有有源光纖光路單元，所以成本、轉(zhuǎn)換效率、體積等方便有比較明顯優(yōu)勢；另外隨著光束合束技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體激光器在光束質(zhì)量上面，正逐步接近光纖激光器，在一些焊接、切割、熔覆等領(lǐng)域正逐步替代光纖激光器。但是在一些精密切割、打標(biāo)等加工領(lǐng)域，需要近單模光束輸出，這方面，是半導(dǎo)體激光器無法取代的。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本實(shí)用新型的目的提供一種光纖激光器光路系統(tǒng)，通過整合，把激光光路單元與傳輸單元，結(jié)合成一個(gè)整體，不僅使得激光器的結(jié)構(gòu)更加緊湊，而且成本得到大幅度降低。
[0006]本實(shí)用新型的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]—種光纖激光器光路系統(tǒng)，包括激光輸入耦合裝置、傳輸光纖、光纖端帽、水冷系統(tǒng)、固定座以及光纖光纜，其特征在于:輸入端激光通過激光輸入耦合裝置，耦合進(jìn)入傳輸光纖，傳輸光纖輸出端熔接端帽，激光輸入耦合裝置和端帽分別固定于兩個(gè)固定座上，整個(gè)光路系統(tǒng)封裝在水冷系統(tǒng)內(nèi)，水冷系統(tǒng)外側(cè)包圍光纖光纜；在激光輸入耦合裝置、光纖端帽表面鍍膜，形成激光腔體。
[0008]輸入激光通過激光輸入耦合裝置耦合進(jìn)入傳輸光纖的纖芯或包層。
[0009]所述的激光輸入耦合裝置直接與傳輸光纖熔接或通過空間耦合進(jìn)入傳輸光纖。
[0010]所述的激光輸入耦合裝置是錐形光學(xué)棒、NXl合束器、(N+l)xl合束器或光學(xué)透鏡。
[0011]傳輸光纖全部是摻雜光纖或部分是摻雜光纖，部分是非摻雜光纖。
[0012]傳輸光纖輸出端熔接端帽，端帽的材料為耐高功率材料，選擇高純?nèi)廴谑ⅰ⒎控?、氟化鎂、寶石、娃或硒化鋅材料。
[0013]上述激光輸入稱合裝置、光纖端帽固定于固定座上，激光輸入稱合裝置、傳輸光纖、光纖光柵、光纖端帽，通過同一水冷裝置進(jìn)行水冷散熱。
[0014]水冷裝置外側(cè)包圍一層光纖光纜以保護(hù)該光路系統(tǒng)。
[0015]本實(shí)用新型通過制作不同規(guī)格的光路系統(tǒng)，可以對(duì)同一輸入光源進(jìn)行擴(kuò)展。比如，切割、焊接、熔覆，三者對(duì)于光束質(zhì)量要求各不相同，對(duì)于光纖直徑也各自不同。我們根據(jù)本實(shí)用新型通過更換不同規(guī)格的光路系統(tǒng)，可以滿足客戶不同需求，并且更換過程簡單，易于操作。比如對(duì)于熔覆，我們選擇非摻雜傳輸光纖，可以直接把輸入半導(dǎo)體激光耦合進(jìn)入光路系統(tǒng)；對(duì)于切割，我們選擇摻雜光纖，兩端制作光柵，可以輸出高功率單模激光。
[0016]本實(shí)用新型用于將復(fù)雜的光纖激光器光路系統(tǒng)，集成于一簡單激光傳輸系統(tǒng)中，該發(fā)明具有體積小、可靠性高，集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠在保證高光束質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高功率激光穩(wěn)定輸出。本實(shí)用新型利用同一半導(dǎo)體泵浦源，通過更換不同部件，可以使得最后輸出激光在光纖激光與半導(dǎo)體激光之間轉(zhuǎn)換，大大增強(qiáng)了激光器的多樣性。
【附圖說明】
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[0017]圖1是輸入915nm，輸出是915nm，輸入耦合裝置是耦合透鏡，通過空間光路整合，耦合進(jìn)入光纖纖芯的示意圖；
[0018]圖2是輸入915nm,輸出是915nm,輸入稱合裝置是錐形石英棒,通過熔接,f禹合進(jìn)入光纖的示意圖；
[0019]圖3是本光路系統(tǒng)與各個(gè)激光模塊組成的MPOA激光系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0020]結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0021]實(shí)施例，如圖1、圖2所示，一種光纖激光器光路系統(tǒng)，包括激光輸入耦合裝置1、傳輸光纖3、光纖端帽5、水冷系統(tǒng)8、兩個(gè)固定座(9，10)以及光纖光纜11，其特征在于:輸入端激光通過激光輸入稱合裝置I，稱合進(jìn)入傳輸光纖3,傳輸光纖3輸出端熔接端帽5,激光輸入耦合裝置I和端帽5分別固定于兩個(gè)固定座(9、10)上，整個(gè)光路系統(tǒng)封裝在水冷系統(tǒng)8內(nèi)，水冷系統(tǒng)8設(shè)有進(jìn)水口 6，出水口 7，水冷系統(tǒng)外側(cè)包圍光纖光纜11 ;在激光輸入耦合裝置1、光纖端帽5表面鍍膜，形成激光腔體。
[0022]如圖3所示，另一種MOPA放大系統(tǒng)，實(shí)施方式如下:
[0023]1、稱合裝置是(6+1) xl全光纖合束器,合束器輸入信號(hào)端是20/400無源光纖,輸入泵浦端是200/220光纖，輸入光纖通過熔融拉錐，形成光纖束，與輸出YB光纖直接熔接，YB光纖是20/400八邊形光纖，與輸入無源光纖匹配；整合(6+1) xl合束器錐區(qū)用低折射率膠水封裝，整個(gè)器件封裝在金屬固定座上；
[0024]2、上述信號(hào)輸入20/400光纖與一個(gè)700w，1070nm種子源熔接，輸入端200/220光纖與6個(gè)200W 915nm泵浦源熔接，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)由控制電路控制；
[0025]3、上述I有源Yb光纖長度30米以上，光纖外側(cè)包圍密封套管，光纖兩端無光柵，輸出端Yb光纖熔接一段直徑10mm，長度20mm鍍膜端帽；
[0026]4、把上述輸入耦合裝置、端帽分別封裝在金屬固定座上，固定座與上述密閉套管封裝，固定座外側(cè)便于定位、固定，如采用QBH機(jī)械結(jié)構(gòu),便于與輸入激光器與輸出加工裝置定位、匹配；
[0027]6、水冷系統(tǒng)使流動(dòng)水，直接與耦合裝置、光纖、端帽結(jié)合；便于高功率產(chǎn)生的熱量，直接被水帶走；
[0028]7、在水冷裝置外側(cè)包圍金屬光纜，金屬光纜兩頭分別連接金屬固定座，保證整個(gè)激光光路系統(tǒng)的機(jī)械可靠性。
[0029]該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)千瓦以上，高功率準(zhǔn)單模激光輸出；亦可實(shí)現(xiàn)數(shù)千瓦級(jí)別，高功率少模激光輸出；通過多次級(jí)聯(lián)，還可以實(shí)現(xiàn)多次放大；
[0030]如圖1、2，輸出915nm激光的光路系統(tǒng)，實(shí)施方式如下:
[0031]1、如圖1，耦合裝置是光學(xué)透鏡，輸入915nm泵浦激光，通過光學(xué)透鏡耦合進(jìn)入傳輸光纖;
[0032]2、如圖2，耦合裝置是錐形光纖棒，光纖棒一端磨拋成光學(xué)透鏡，另外一端與傳輸光纖熔接；
[0033]3、通過如圖1、圖2，使得915nm泵浦激光直接耦合進(jìn)入傳輸光纖的纖芯；傳輸光纖大于10米，輸出端熔接一段端帽；
[0034]4、把上述輸入耦合裝置、端帽分別封裝在金屬固定座上，固定座與上述密閉套管封裝，固定座外側(cè)便于定位、固定，如采用QBH機(jī)械結(jié)構(gòu),便于與輸入激光器與輸出加工裝置定位、匹配；
[0035]5、水冷系統(tǒng)使流動(dòng)水，直接與耦合裝置、光纖、端帽結(jié)合；便于高功率產(chǎn)生的熱量，直接被水帶走；
[0036]6、在水冷裝置外側(cè)包圍金屬光纜，金屬光纜兩頭分別連接金屬固定座，保證整個(gè)激光光路系統(tǒng)的機(jī)械可靠性。
[0037]該結(jié)構(gòu),可以直接把半導(dǎo)體激光稱合進(jìn)入傳輸系統(tǒng)，應(yīng)用于一些高功率，對(duì)光束質(zhì)量要求的場合，如熔覆、焊接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖激光器光路系統(tǒng)，包括激光輸入稱合裝置、傳輸光纖、光纖端帽、水冷系統(tǒng)、固定座以及光纖光纜，其特征在于:輸入端激光通過激光輸入耦合裝置，耦合進(jìn)入傳輸光纖，傳輸光纖輸出端熔接端帽，激光輸入耦合裝置和端帽分別固定于兩個(gè)固定座上，整個(gè)光路系統(tǒng)封裝在水冷系統(tǒng)內(nèi)，水冷系統(tǒng)外側(cè)包圍光纖光纜；在激光輸入耦合裝置、光纖端帽表面鍍膜，形成激光腔體。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖激光器光路系統(tǒng)，其特征在于:輸入激光通過激光輸入率禹合裝置耦合進(jìn)入傳輸光纖的纖芯或包層。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖激光器光路系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光輸入耦合裝置直接與傳輸光纖熔接或通過空間耦合進(jìn)入傳輸光纖。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖激光器光路系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光輸入耦合裝置是錐形光學(xué)棒、NXl合束器、(N+l)xl合束器或光學(xué)透鏡。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖激光器光路系統(tǒng)，其特征在于:傳輸光纖全部是摻雜光纖或部分是摻雜光纖，部分是非摻雜光纖。
6.如權(quán)利要求1所述的光纖激光器光路系統(tǒng)，其特征在于:端帽的材料為耐高功率材料。
7.如權(quán)利要求6所述的光纖激光器光路系統(tǒng)，其特征在于:所述耐高功率材料選擇高純?nèi)廴谑?、氟化鈣、氟化鎂、寶石、硅或硒化鋅材料。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種光纖激光器光路系統(tǒng)，包括激光輸入耦合裝置、傳輸光纖、光纖端帽、水冷系統(tǒng)、固定座以及光纖光纜，其特征在于：輸入端激光通過激光輸入耦合裝置，耦合進(jìn)入傳輸光纖，傳輸光纖輸出端熔接端帽，激光輸入耦合裝置和端帽分別固定于兩個(gè)固定座上，整個(gè)光路系統(tǒng)封裝在水冷系統(tǒng)內(nèi)，水冷系統(tǒng)外側(cè)包圍光纖光纜；在激光輸入耦合裝置、光纖端帽表面鍍膜，形成激光腔體。本實(shí)用新型在傳輸光纖兩端直接熔接激光耦合裝置與端帽，并使得整個(gè)光路系統(tǒng)放置于水冷裝置中，結(jié)構(gòu)外側(cè)包圍光纜保護(hù)。本實(shí)用新型具有體積小、可靠性高，集成度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠在保證高光束質(zhì)量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高功率激光輸出。
【IPC分類】H01S3-067, H01S3-042, H01S3-0941
【公開號(hào)】CN204290020
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420674569
【發(fā)明人】施建宏, 閆大鵬, 李成
【申請(qǐng)人】武漢銳科光纖激光器技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年8月22日