[发明专利]一种用于双包层光纤与石英波导耦合器的熔接装置

说明书

涉及大功率光纤激光器技术领域，提供了一种用于双包层光纤与石英波导耦合器的熔接装置。主旨在于解决双包层光纤各部分折射率不一致，其吸收光产生热膨胀就会不一致，熔接会产生应力的技术问题。其主要方案为使双包层光纤和石英波导的距离为1um；通过反射镜使激光以较角度10⁰照射进入W反射镜，形成“点状‑一环‑二环”光斑，并射入反射聚焦镜；通过调节反射聚焦镜与W反射镜之间的距离和角度使得中心亮度最高的点状光斑覆盖纤芯中心的高亮区域；一环光斑覆盖低亮区域；二环光斑覆盖双包层光纤的内包层，实现激光光斑照射双包层光纤和石英波导呈熔融状态，使光纤向石英波导推进1um，熔接完成。

技术领域

本专利涉及一种用于双包层光纤与石英波导耦合器的熔接装置，具体说是一种石英波导耦合器与双包层光纤进行高精度激光对芯熔接装置，保证种子激光与泵浦光高效地耦合进入纤芯和包层。涉及大功率光纤激光器技术领域。

背景技术

随着大功率固体激光器，尤其是光纤激光器的发展，依赖进口的光纤耦合器受限于国外产品的耐受功率，为进一步提高光纤激光器的功率，降低成本，采用石英波导耦合器替代光纤耦合器可使光纤激光器结构更简单，功率提升更有潜力，因此实现石英波导耦合器与双包层光纤的精准对芯熔接意义重大。另外，激光在光纤输入、输出端与空气交接的界面处由于功率密度过大很容易造成光纤的损毁，而采用口径较大的石英波导与双包层光纤端面进行熔接，使其界面处的功率密度大为降低，从而极大增加光纤所承载的功率，提高光纤激光器大功率运转的稳定性和可靠性。同时，区别于传统的光纤端帽与一般传能光纤熔接不同的是，石英波导耦合器要求其轴线要与双包层光纤纤芯的轴线对齐，以保证泵浦光进入包层，而种子激光高效精准的进入纤芯，因此采用了与双包层光纤结构和折射率特性相匹配的W形光斑，可以实现无应力、低损耗、模式匹配的熔接效果。也为进一步研制更大功率的光纤激光器提供支撑。

现在常用的光纤和石英波导的熔接方式采用氢氧焰（火焰）、电极放电以及灯丝等，这些方法是以热辐射和传导方式对光纤和石英波导进行加热进行熔接，仅适合于小口径石英波导或通信类光纤间的熔接。采用CO2激光器，由于石英波导和光纤对于10.06um波长激光具有强吸收，因此可看作体加热的方式进行石英波导和光纤的熔接，具有较好的熔接效果，如型号为藤仓FSM-100系列最大能够熔接直径为500-1000um的光纤，而目前商业化的二氧化碳熔接机暂时只有型号为藤仓一的熔接机，该熔接机的加热方式是采用CO2激光器进行辐照加热，最大能够处理的光纤或端帽直径也只有2mm。而且采用的是高斯聚焦光斑，在光纤与石英波导熔接部位产生的热梯度和应力较大。

现有技术中因为双包层光纤的纤芯掺杂，使得纤芯中心处因为掺杂导致纤芯中心位置光纤强度较大，且因为双包层光纤内包层强度与纤芯强度有较大差异在通过激光照射时，由于光纤各部分折射率不一致，其吸收光产生热膨胀就会不一致，从而产生应力。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供的一种结构紧凑、熔接效率高、熔接效果好，可实现大口径石英波导耦合器与双包层光纤对芯熔接的高精度激光熔接。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

本发明提供了一种W反射镜，包括圆形镜体，在圆形镜体圆心位置设置有内锥体，内锥体的侧面为内锥反射面，内锥体的顶点处设置有V形锥镜，V形锥镜包括反射面，内锥体底面周向上设置有环形平面，所述沿环形平面周向设置有与内锥反射面成a夹角的外锥反射面。

上述技术方案中，将纤芯划分为中心半径R的高硬区域，和除中心半径R外的低硬区域，所述V形锥镜的圆锥角β根据纤芯中心半径R确定，使得内锥反射面反射的光斑完全覆盖纤芯中心半径R的区域内。V形结构可以使中心光斑处亮度更高。

上述技术方案中，将纤芯划分为中心半径R的高硬区域，和除中心半径R外的低硬区域，所述内锥反射面产生的光环覆盖低硬区域。

上述技术方案中，所述外锥反射面反射的光斑完全覆盖双包层光纤的内包层。