[发明专利]基于多芯光纤的高功率激光合束器

说明书

技术领域

本发明属于光纤激光器技术领域，涉及一种高功率激光合束器，用于将多路输入激光，合成为一个输出，达到提高光纤激光器输出功率、同时保证光束质量的目的。

技术背景

光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器，具有结构紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，已成功应用于机械加工、医疗、汽车制造及军事等领域。随着其应用领域的不断拓展，如汽车制造、船舶制造等行业中厚金属板的激光器切割和焊接，希望光纤激光器的输出功率达到数千瓦至数十千瓦。

虽然目前单根光纤的输出功率已经突破2000W，但仅限于实验室水平，且由于掺杂光纤内的非线性效应以及热损伤等物理机制的限制，单根光纤输出功率的进一步提升将非常困难，目前成熟的单个光纤激光器功率单元一般功率在1500W左右。

为提高光纤激光器的输出功率，这就需要将多个光纤激光器功率单元合为一束输出，主要有相干合成和非相干合成两种方法。光纤激光器的相干合成结构较为复杂，稳定性不佳，目前国内外报道实现最高功率仅为数千瓦。光纤激光器的非相干合成，也是已经商用的合成技术是功率合成，其通过把数根激光束通过熔融拉锥，成为一束，再与单根光纤熔接，该方法简单可靠，也能实现高功率输出，但是无法保证较高的光束质量。

发明内容

本发明的目的为了克服现有技术存在的缺陷和问题，提供一种基于多芯光纤的高功率激光合束器，用于光纤激光器功率合成，本发明的输入端为多路激光信号，可以为光纤输入，也可以为半导体芯片，经过光束整形以后空间输入；激光耦合入多芯光纤以后，经过一段多芯锥形光纤，最后与输出光纤熔接输出。本发明，在保证耦合效率、可靠性的同时，能够实现超高光束质量的激光合束，对于高功率激光合束有着重要意义。

一种基于多芯光纤的高功率激光合束器，包括多芯输入光纤、输出光纤、散热封装壳体、光纤传输系统，其特征在于：所述的多芯输入光纤的一端通过拉锥形成一段多芯锥形光纤，多芯锥形光纤一端切平与输出光纤熔接在一起或所述多芯输入光纤直接与输出光纤熔接，并封装在散热封装壳体上，散热封装壳体内部进行水冷散热，多路激光输入信号进入多芯输入光纤，在多芯锥形光纤或多芯输入光纤内合束，并经传输光纤及光纤传输系统输出功率。

所述多路激光输入信号为全光纤输入信号或者半导体芯片输入信号，经过光束整形以后，空间输入。

所述多芯输入光纤的光纤纤芯数量大于或等于2。

所述多芯输入光纤的纤芯为无源非参杂或有源参杂；光纤外包层是圆形或多边形。

所述多芯输入光纤的纤芯排布是对称或非对称；多芯光纤各个纤芯形状相同或不相同。

所述多芯输入光纤的纤芯以外的包层是单层或多层；包层外面的涂覆层是单层或多层。

所述多芯输入光纤的一段多芯锥形光纤内，多路输入激光发生相干合成组束或发生非相干组束。

所述的散热封装壳体的散热基座材料为金属氧化物材料。

所述所述多芯输入光纤的一段多芯锥形光纤输出端切平，直接熔接一段镀膜端帽，输出空间激光。

本发明客服了现有相干合成功率不高、稳定性差，功率合成光束质量差等缺陷问题，实现了多束激光，高功率、高光束质量合成。

附图说明

图1是本发明实施例提供的的主视图。

图2是一种多芯输入光纤折射率分布示意图。

图3是另一种多芯输入光纤折射率分布示意图。

图4是一种多芯六边形光纤截面示意图。

图5a、图5b、图5c分别是3芯、4芯、19芯光纤截面示意图。

图6是多芯锥形光纤与端帽直接熔接示意图。

图7是多芯锥形光纤通光后端面激光分布示意图。

具体实施方式

结合附图对发明进行详细的说明：

如图1所示，一种基于多芯光纤的高功率激光合束器，包括多芯输入光纤1、输出光纤4、散热封装壳体9、光纤传输系统5，其特征在于：所述的多芯输入光纤1的一端通过拉锥形成一段多芯锥形光纤2，多芯锥形光纤2一端部3切平与输出光纤4熔接在一起，熔接点8使用固化胶水12封装在散热封装壳体9上，散热封装壳体9内部进行水冷散热，6为进水口，7为出水口，多路激光输入信号进入多芯输入光纤1，在多芯锥形光纤2内合束，并经传输光纤4及光纤传输系统5输出功率。光纤传输系统5和水冷散热均为现有结构。

以7芯光纤为例，其制备方法如下：

1、如图2所示，7芯光纤，每个纤芯11直径10um，纤芯参杂Ge，呈阶跃折射率分布，NA＝0.08；