[发明专利]一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法

说明书

本发明公开了一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，包括如下步骤：第一步：光纤选择。第二步：光纤拉锥。第三步：光纤连接。第四步：透镜耦合。本发明由于采用大芯径光纤作为空间激光的受体，其接受激光面积更大，可有效降低接受面的激光能量密度，从而可耦合更高的激光能量；激光通过大芯径光纤后，相比于激光空间直接耦合的方式，其激光空间能量分布得到匀化，在耦合进入小芯径光纤时可有效降低端面损耗，提高耦合阈值；大、小芯径光纤通过光纤连接器进行连接，能够便捷地实现对准。同时小芯径光纤可作为消耗件进行替换，在出现损伤时可避免更换整个光路。

技术领域

本发明涉及一种提高激光传输效率的方法，具体涉及一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，属于激光技术领域。

背景技术

激光与物质的相互作用相关技术在微加工、微成型、含能材料的点火起爆等多个行业有广泛应用，尤其脉冲式高功率激光在瞬间(ns甚至更小量级的时间尺度)可作用于物质表面，因此可获得瞬态下的作用效果。目前高功率激光的相关实验光路通常布置在自由空间，但这一光路布局方式带来样品对准难度高、空气环境影响大、易灼伤人体、空间利用率低等问题，而通过光纤来传输激光可有效避免上述问题。然而对于高功率激光，如果使用光纤直接进行耦合，超过GW/cm²的激光功率密度使光纤材料难以承受，尤其在光纤耦合的入射面，光纤往往被烧蚀破坏，无法有效传输激光能量。

导致光纤无法有效耦合高功率激光的原因除了光纤本身的材料、工艺以及表面的光洁度等情况外，自由空间传输的激光能量本身的不均匀性造成局部过高的能量密度，也会对光纤造成损伤。且若直接采用小芯径的光纤进行耦合，激光的聚焦能力(即聚焦的焦斑大小)和与光纤的对准也会带来很大的困难，导致难以直接使用小芯径的光纤来直接耦合大功率脉冲激光。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，通过大芯径光纤作为第一级的能量传递，进而耦合进入小芯径光纤，可有效提高光纤的耦合效率和阈值。

本发明是这样实现的：

一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，包括如下步骤：

第一步：光纤选择。根据小芯径光纤的芯径(光纤内芯的直径)为标准，选择的大芯径光纤的芯径不超过2倍小芯径光纤的芯径；

第二步：光纤拉锥。对大芯径光纤进行拉锥，拉锥的尾端直径应小于小芯径光纤的芯径，防止激光能量泄露造成能量损失和光纤损伤。拉锥时最好满足(r1-r2)/L<0.01为宜。其中r1为大端直径，r2为小端直径，L为拉锥部分的长度，他们的单位相同。

第三步：光纤连接。通过连接器将大芯径光纤、小芯径光纤进行连接，两者之间需留0.1mm的间隙，防止相互摩擦造成端面损伤。

第四步：透镜耦合。将激光通过透镜聚焦，耦合进入大芯径光纤中。聚焦的光斑面积应不大于大芯径光纤的入射端面积，同时入射时确保为垂直入射，可有效提高耦合效率。

第五步：光纤替换。部分试验可直接造成小芯径光纤损伤。该发明可直接将小芯径光纤拔出，替换新的光纤。

本发明通过使用大芯径光纤作为第一级的能量传递。相对于小芯径光纤，大芯径光纤可有效降低光纤入射时的能量密度，从而可接受更高能量耦合进入光纤。同时通过大芯径光纤来达到匀化激光能量的效果，提高耦合阈值。

为使激光能量从大芯径光纤传输后能更高效耦合进入小芯径光纤，本发明将大芯径光纤出射端做拉锥处理，实现激光光斑面积的有效缩小。缩小后的光斑芯径应小于第二级小芯径光纤的芯径。

本发明通过光纤连接器实现大小芯径光纤的连接，从而可便捷地实现光纤与光纤之间的定位，避免激光光斑超出光纤芯径范围。

本发明的优点在于：