[发明专利]一种光纤激光合束器

说明书

一种光纤激光合束器，使用锥形光纤作为光纤合束器的输出侧耦合光纤，实现减小制作难度，降低损耗和优化光束质量。

技术领域

本发明涉及一种光纤激光合束器，为基于锥形光纤输出的信号合束器，可用于高平均输出功率激光器的模式优化输出。

背景技术

光纤激光器已被广泛应用于众多领域，在工业加工领域，特别是工业切割，为了获得更高的切割效率，不但会对光纤激光器的输出功率提出更高的要求，而且还需输出激光具有更优的输出模式。虽然单纤激光器具有结构简单，易获得高光束质量输出等优点，由于其具有光纤热效应、热损伤、模式跳变、非线性等效应的限制，目前单纤激光器在实现万瓦激光直接输出方面一直没有实现重大进展。因此，为了实现超高功率的输出，光纤合束的技术已广泛应用于高功率光纤激光器中。通常的光纤合束技术是通过将多根光纤进行绝缘拉锥后，将其与传能光纤进行熔接，可实现多激光器模块的组束输出。

多根组束光纤被绝缘拉锥后，拉锥后的多根光纤的纤芯或包层需要与输出传能光纤纤芯精确对准后进行熔接，因此，传统输出光纤的纤芯直径大小一定程度地决定了能量合束器的制作难度。而且，传能光纤的数值孔径大小也是能量合束器实现低耦合损耗制作难度的另外一个重要限制因素。基于光学原理，为了获得高光束质量的激光输出，一般要求传能光纤同时具有较小的数值孔径以及纤芯直径，即具有较小的归一化频率值，减少传能光纤所支持的模式数量。但是这两个参数的数值减小会很大程度上地增加合束器的制作难度，耦合插损很难实现有效减小，并严重影响生产的成品率。

现有技术中有一些光纤合束器会采用将多根输入光纤与输出光纤直接熔接的技术方案，并将熔接点制作为锥形，这虽然降低了熔接难度，但是会降低耦合效率并影响光场模式；也有如CN108780190A这样的泵浦合束器，通过多根光纤直接耦合锥形渐缩外表面的石英棒，这虽然降低了耦合器组装难度，但是增大了多根输入光纤的损耗，不易与输出光缆结合，同时由于石英棒的光场模式的原因会降低激光与光纤的模式匹配度，降低输出的光束质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种光纤激光合束器，可应用于高功率激光合束输出，克服了现有技术的不足，设计合理。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种光纤激光合束器，采用锥形光纤作为模式优化输出光纤进行能量合束，在合束器制作难度未增加的基础上，可实现激光输出模式的优化，光束质量的提升。

一种光纤激光合束器，包括光纤集束区，光纤拉锥区，锥形光纤，光纤集束区由多根光纤来集束组成,光纤拉锥区位于光纤集束区的输出侧，光纤拉锥区的光纤束拉锥端面与锥形光纤一端进行熔接，熔接后的锥形光纤作为光纤激光合束器的输出。锥形光纤输入端的纤芯直径大于锥形光纤输出端的纤芯直径。

光纤集束区包括多根输入光纤，优选地，多根输入光纤采用多根传能光纤组成，优选光纤集束区由7根传能光纤来集束组成，纤芯直径的取值范围为10μm-25μm，包层直径为100μm-150μm，纤芯数值孔径为0.065-0.15；单根输入传能光纤的参数优选纤芯直径为20μm，包层直径为130μm，纤芯数值孔径为0.08。

光纤集束的方法优选套管法，将多根光纤去除涂敷层后套入预设的低折射率玻璃管，优选地，先将7根光纤的一端去掉涂覆层后，将其全部套入一外内径为780μm，内径为390μm的低折射率玻璃管内；采用辅助工具将其进行集束，待集束后，再点涂紫外固化胶进行固定。

光纤拉锥区:光纤集束完成后，将其进行拉锥，锥区长度被确定为 6-10cm，例如为8cm。拉锥区输出端界面光纤束直径拉锥至约50μm-200μ m，优选为100μm。待拉锥后，在锥腰区采用光纤切割刀进行切割。然后采用二氧化碳激光熔接法将切割好的光纤束拉锥端面与锥形光纤输入端进行熔接。