[实用新型]高功率激光注入光纤耦合装置

说明书

技术领域

本实用新型属于高功率激光领域，具体涉及一种高功率激光注入光纤耦合装置。

背景技术

在激光加工中通常需要采用光纤传输高功率激光。对于大功率连续激光的耦合技术已经相当成熟，而短脉冲高功率激光的耦合技术还存在一定的技术问题，其主要原因是由于输入光纤端面处的激光功率密度很高，超过了光纤的损伤阈值。特别是在采用的激光源为ns级的高峰值功率脉冲激光，光纤输出的能量达到数十毫焦时，光纤传输的激光功率密度已经达到光纤损伤的阈值范围，而光纤输入端面损伤阈值较低，是光纤传输高功率脉冲激光系统的薄弱环节。普通的透镜聚焦耦合方式，要求小的注入光斑，才能得到高的耦合效率，但是小的注入光斑势必引起大的功率密度，这个问题制约了高峰值脉冲激光耦合技术的发展。

发明内容

本实用新型提供了一种高功率激光注入光纤耦合装置，它特别适用于高峰值功率脉冲激光的耦合。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在激光器输出激光与光纤之间设置一个耦合器件，耦合器件采用导光锥、透镜-导光锥组合、光纤锥、透镜-光纤锥组合中的一种。

本实用新型的高功率激光注入光纤耦合装置，包括激光、光纤，其特点是在激光与光纤之间设置有耦合器件，激光、耦合器件、光纤依次连接。

本实用新型中的耦合器件为导光锥，激光注入导光锥大端，导光锥小端与光纤连接。

本实用新型中的耦合器件为透镜-导光锥组合，激光直接注入透镜，透镜与导光锥大端连接，导光锥小端与光纤连接。

本实用新型中的耦合器件为光纤锥，激光注入光纤锥大端，光纤锥小端与光纤连接。

本实用新型中的耦合器件为透镜-光纤锥组合，激光直接注入透镜，透镜与导纤锥大端连接，导光纤锥小端与光纤连接。

导光锥是一种非成像光学元件，激光从导光锥大端注入、小端输出，小端直径略小于纤芯直径。导光锥小端和光纤的连接可以采用熔融连接或光纤直接拉锥，实现无缝隙连接。这样，只在导光锥大端存在激光与界面的作用，而大端面处由于注入光斑面积较大，因此有效降低了输入端面的激光功率密度，解决了由于输入端面功率密度高易导致端面损伤的问题。

本实用新型给出了一种降低输入端面激光功率密度的有效方法，解决了由于输入端面的注入光斑较小，激光功率密度较高易引起光纤输入端面损伤的问题。该高功率激光光纤耦合装置设计设计灵活、结构简单、效果明显。该导光锥耦合装置中导光锥的设计，可以根据入射光斑大小和出射光斑大小，设计不同的导光锥顶角，实现激光在导光锥中的高效传输和导光锥输出激光与光纤的高效耦合。

本实用新型的高功率激光注入光纤耦合装置，在相同的激光功率注入情况下，可以使输入端面的激光功率密度最大下降为原来的b²/a²，a为导光锥大端半径，b为导光锥小端半径。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型的高功率激光注入光纤耦合装置的总体结构示意图

图2为本实用新型的实施例1的结构示意图

图3为本实用新型的实施例2的结构示意图

图4为本实用新型的实施例3的结构示意图

图5为本实用新型的实施例4的结构示意图

图中，1.激光2.耦合器件3.光纤4.导光锥5.透镜6.光纤锥7.导光芯，8.外包层

具体实施方式

本实用新型通过增大输入端面的激光辐照面积减小了输入端面上的激光功率密度。

图1为本发明的高功率激光注入光纤耦合装置的总体结构示意图。图中激光1以较大的光斑注入到耦合器件2，耦合器件2会聚激光以小的光束半径发出，注入进光纤3中。

导光锥4和光纤锥6的顶角大小根据相关的专业知识计算得到，通过设计合理的顶角大小可以实现激光在导光锥4与光纤的高效耦合传输和光纤锥6与光纤3的高效率耦合传输。

本实用新型的高功率激光注入耦合装置主要包括四种类型。

实施例1导光锥型

其中导光锥4的大端和小端要分别略大于输入激光束大小和光纤芯径大小，具体数值可以根据需要改变。导光锥4的加工制造可以采用光学加工制造等，外包层8折射率低于导光芯7。导光锥4与光纤3的连接采用无缝连接，具体工艺可以采用熔融或键合等相关专业领域的工艺方法。

实施例2透镜-导光锥型