[发明专利]一种具有包层光滤除功能的一体化大功率光纤激光输出系统

说明书

本发明公开了一种具有包层光滤除功能的一体化大功率光纤激光输出系统，包括光纤、包层光滤除组件、玻璃光纤端帽及封装组件和水冷循环组件，玻璃光纤端帽及封装组件包括玻璃光纤端帽和封装夹具，包层光滤除组件、玻璃光纤端帽及封装组件均位于水冷循环组件中；光纤的光纤纤芯与玻璃光纤端帽熔接并封装于封装夹具中；包层光滤除组件为位于光纤纤芯一端上裸光纤区域的高折射胶水层，高折射胶水层利用折射效应用来将光纤内包层里的泵浦光转换为高折射胶水层中的热积累并通过水冷循环组件进行冷却。本发明具有结构简单紧凑、制作方便、能够提升可承受输出功率、提高可靠性和安全性等优点。

技术领域

本发明主要涉及光纤激光器和光纤放大器领域，具体涉及一种具有包层光滤除功能的一体化大功率光纤激光输出系统。

背景技术

光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、易散热、工作稳定性好等优点，已经广泛应用于工业加工、生物医药和国防军事等诸多领域。近些年来，随着双包层光纤泵浦技术的成熟和光纤制造工艺的改进，光纤激光器的输出功率也不断提升，单模光纤激光器的输出功率已经突破10KW。伴随着光纤激光器输出功率的提高，激光输出方式也面临极大挑战，其中一个最主要的问题就是输出端面的光损伤和热负载。由于激光是在直径为几十微米的光纤纤芯里面传输，这就意味着在大功率条件下纤芯光密度很高，容易带来损伤。尤其是对于光纤输出端面，由于后期处理中不可避免的缺陷，很容易损坏端面，带来严重破坏。另一方面，激光从光纤传播到空气中时，由于二者折射率的差异，反射引起的回光会对前端的激光器结构带来影响，同时在输出端面附近积累热量，进一步加大光纤输出端的破坏可能性。

在大功率光纤激光器输出方面，光纤端帽作为一种有效的解决方案已经被广泛采用，如图1所示，光纤纤芯11中的激光通过长度为L的玻璃光纤端帽21，在光纤端帽输出镀膜面22出射，光场直径由ω_g发散为ω_L，出射面发散角变为θ_a。它的主要原理就是通过在石英光纤输出端熔接一段折射率相同的玻璃棒，通过扩大光场分布面积和采用增透膜来解决输出端的热负载问题。由于没有波导约束，激光光场在玻璃棒中逐渐发散，玻璃棒中单位面积上的光能量大大降低。而在玻璃棒表面镀增透膜，大大减小端面回光，对激光器前端结构起到很好的保护作用。尽管如此，这种方案也存在一个重要缺陷，就是只能传输纤芯中的信号光而无法处理包层中的泵浦光。以双包层光纤泵浦技术中的包层泵浦光为例，一方面由于包层泵浦光的数值孔径（NA）较大，在传输过程中向四周发散很快，无法集中输出；另一方面则是由于泵浦光和信号光波长差异，使得增透膜对其失效，无法解决回光强的问题，会带来大量的热量积累。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、制作方便、能够提升可承受输出功率、提高可靠性和安全性的具有包层光滤除功能的一体化大功率光纤激光输出系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有包层光滤除功能的一体化大功率光纤激光输出系统，包括光纤、包层光滤除组件、玻璃光纤端帽及封装组件和水冷循环组件，所述玻璃光纤端帽及封装组件包括玻璃光纤端帽和封装夹具，所述包层光滤除组件、玻璃光纤端帽及封装组件均位于水冷循环组件中；所述光纤的光纤纤芯与玻璃光纤端帽熔接并封装于封装夹具中；所述包层光滤除组件为位于光纤纤芯一端上裸光纤区域的高折射胶水层，所述高折射胶水层利用折射效应用来将光纤内包层里的泵浦光转换为高折射胶水层中的热积累并通过水冷循环组件进行冷却。

作为本发明的进一步改进：所述高折射胶水层由高折射率紫外胶水形成。

作为本发明的进一步改进：所述高折射胶水层的折射率高于所述光纤中光纤包层中内包层的折射率。

作为本发明的进一步改进：所述水冷循环组件包括外夹具、进水口、内循环通道、外循环通道和出水口，所述外夹具与封装夹具相连，所述内循环通道和外循环通道形成于外夹具与封装夹具之间的空腔；所述内循环通道和外循环通道之间通过通水孔连接。