[发明专利]可实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统及熔接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统，尤其是一种可实现双包层光纤与直径大于光纤内包层直径的玻璃锥棒熔接的系统。 

背景技术

近年来，随着大模场面积双包层掺杂光纤制造工艺与高亮度激光二极管泵浦技术的发展，单根单模双包层光纤激光器的输出功率以惊人的速度提高。从2000年的百瓦级输出，十年内输出功率实现了两个量级的跨越，并且光束质量保持良好。2009年6月，美国IPG光子技术公司推出了产品化的单模单纤万瓦级光纤激光器。虽然高功率光纤激光器中采用的光纤都是大模场面积的双包层光纤，纤芯直径也仅为10um～30um，因此光纤纤芯中传输的功率密度很高，光纤端面很容易损伤。在大功率光纤激光器中，光纤端面的激光损伤是不容忽视的一个问题。因此，在光纤激光器产品中，在输出端制作光纤端帽是必不可少的。 

端帽是无纤芯、无涂覆层、不掺杂的纯熔融石英棒，根据可承受的功率要求不同，端帽可分为两种：（1）端帽直径等于双包层光纤的内包层直径，根据出射光束的光斑大小可设定端帽的长度。适用于中等功率的传输。（2）端帽直径远大于双包层光纤内包层直径的数十倍，端帽的大直径端面可更好的降低功率密度。端帽的末端成圆锥形，这样设计可更好的与光纤共轴、连接。此端帽可承载高功率传输。对于第一种端帽，商用大芯径光纤熔接机可实现光纤与无芯玻璃棒的熔接。对于第二种端帽的熔接，国外无相关技术报 道，国内的北京工业大学在一篇《半导体激光泵浦源用传能光纤的关键技术研究》的论文中对基于二氧化碳激光器的光纤端帽熔接系统进行了相关技术介绍。作者采用二氧化碳激光器作为熔接的热源。搭建的实验平台主要由激光器扩束准直系统（由扩束镜和准直镜组成）、光路调节平台（由第一平面镜、第二平面镜、第一凹面镜、第二凹面镜组成）、CCD探测系统（由第一CCD、第二CCD组成）、光纤步进电机和控制软件组成。二氧化碳激光器、CCD探测系统和光纤步进电机分别由电缆与电脑相连，通过控制软件控制各部件的操作步骤。其中石英棒的固定夹具和控制软件的流程，该论文并未公开。二氧化碳激光通过扩束镜和准直镜后，被平面镜反射，通过中间有孔的凹面镜，照射到可旋转的平面镜上。平面镜与水平面有着一定的倾角，当其静止时，激光被反射到指定的方向；当其转动时，被反射的激光形成一个光环照射到凹面镜上，并被凹面镜反射，以平行光照射到凹面镜上，经其反射将激光汇聚到石英棒和光纤的连接点。光纤被固定在步进电机上。为了观察整个熔接过程，第一CCD和第二CCD分别从侧面和底面观察连接过程。此熔接系统存在的不足有：1、使用二氧化碳激光器作为加热热源，需要搭建扩束准直系统和光路调节平台，占地面积大，操作不方便。2、光路调节平台中使用多个平面镜和凹面镜，平面镜和凹面镜的镜面不干净会降低激光光束质量，给使用过程和维护过程带来了困难。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于现有的光纤-端帽熔接实验系统难以实现所期望的大直径双包层光纤端帽熔接的问题，提供一种可以实现双包层光纤和玻璃锥棒熔接的系统，使得熔接系统体积小，使用方便，利于维护。 

本发明的技术方案是：本发明熔接系统由光纤端帽熔接平台、加热系统、CCD探测系统和控制系统组成。CCD探测系统与背景技术中北京工业大学所公布的光纤端帽熔接装置中的CCD探测系统相同。控制系统通过电缆分别与加热系统中的加热移动装置、光纤端帽熔接平台中的光纤步进机和CCD探测系统相连。 

光纤端帽熔接平台由光纤固定平台、端帽夹持平台组成，两者水平共轴且相互独立。光纤固定平台由商用光纤步进机和商用二维调节架组成。光纤步进机满足步长范围为1um至2.5mm即可。二维调节架置于光纤步进机底部，通过调节螺母使光纤步进机移动来确定光纤的位置。光纤垂直放置在光纤步进机中。光纤步进机上标有刻度，可实时观测、记录光纤的进退距离。端帽夹持平台由端帽固定架、端帽支撑架和商用三维调节架组成。三维调节架和二维调节架的量程满足在8mm之内即可。端帽固定架是一个矩形铁块，铁块的一侧内挖一个空心锥柱，玻璃锥棒垂直于矩形铁块夹在空心锥柱的锥角θ处，空心锥柱的柱长l、柱底直径D、角边长d、锥角θ的大小满足玻璃锥棒的穿过。在平行于矩形铁块的空心锥柱柱底的圆心处挖有一个空心圆柱，大小满足固定玻璃锥棒的螺丝通过。端帽支撑架呈“L”型，“L”的垂直部分为实心铁柱，实心铁柱垂直固定在端帽固定架中与空心锥柱相对立的一侧，“L”的水平部分为一个长方体铁块，铁块的一侧与实心铁柱垂直连接，铁块底部和商用三维调节架通过螺丝或强力胶固定连接。三维调节架置于端帽支撑架底部，通过调节三维调节架的螺母可改变玻璃锥棒的位置。