[实用新型]一种基于锥形光纤的高功率光纤端帽

说明书

技术领域

本实用新型属于光纤激光领域，涉及一种基于锥形光纤的高功率光纤端帽。

背景技术

二十世纪八十年代后期，随着光纤制作工艺的成熟和固体激光器的发展，光纤激光器开始成为研究热点，而随着双包层光纤和包层泵浦技术的日渐成熟，高功率光纤激光器开始取得突破性的进展。由于光纤激光器具有体积小、重量轻、热管理方便、光束质量好等优点，近几年来，光纤输出的高功率光纤激光器已经在光通信、材料加工、医学诊疗、信息存储、激光印刷、激光测控、激光光谱学以及非线性频率转换等领域得到了广泛的应用。

随着光纤激光输出功率的不断提高，光纤纤芯中的功率密度也随之不断攀升。而由于光纤的输出端面在切割、研磨、抛光等处理的过程中，不可避免的会在光纤的端面留下缺陷与损伤，使得局部电场加强，造成材料破坏，所以在大功率光纤激光系统中，光纤输出端面处理是一项重要的核心技术。光纤端帽就是实现光纤端面保护的高功率光纤无源器件，通过对输出光纤的扩束降低输出端的光功率密度，从而保护光纤端面不受损坏。

传统的光纤端帽使用普通的纤芯尺寸均匀的光纤与扩束石英块相熔接来达到扩束和保护输出端面的作用。为了保持光束质量，一般光纤端帽中传能光纤的尺寸与激光器输出光纤尺寸保持一致，在工业应用中一般需要10-20米甚至更长的光纤，这会导致传能光纤中的非线性效应产生，严重影响激光器的使用。在光纤中的非线性效应中，以受激拉曼散射与受激布里渊散射为主。这两种非线性效应的阈值都与光纤系统中的光纤长度密切相关，加入端帽后由于整体光纤长度的增加，光纤纤芯中的非线性效应相互作用距离变长，使得非线性效应的阈值大大降低，从而限制的这种传统光纤端帽在大功率光纤激光系统、尤其是单模高光束质量光纤激光系统中的应用。

另一方面，在高功率光纤激光系统中，由于泵浦光吸收不完全、光纤弯曲等因素，将会不可避免的会有包层光的残留。将包层光与信号光一同输出将会降低输出光束的整体质量，所以在输出系统中也需要对包层光进行剥除。

实用新型内容

针对上述已有技术的不足，本实用新型提供了一种基于锥形光纤的高功率光纤端帽，其结构简单、能够提高提高纤芯激光输出承受能力、有效抑制非线性效应、有效保持激光光束质量。

本实用新型的技术方案是：

一种基于锥形光纤的高功率光纤端帽，包括锥形光纤、石英块以及端帽外壳；锥形光纤的大端从端帽外壳的一端穿入到端帽外壳内部并固定于端帽外壳上，端帽外壳的另一端开设有供石英块伸入的腔体，所述石英块伸入端帽外壳内部的一端为圆锥台形端头，石英块伸出端帽外壳之外的一端为圆柱体形且石英块伸出端帽外壳之外的圆柱端端面上镀有增透膜；在端帽外壳内部，石英块的圆锥台形端头与锥形光纤的大端相熔接，在石英块伸出端帽外壳之外的一端的端帽外壳上设置有输出端帽保护窗，输出端帽保护窗将石英块伸出端帽外壳之外的圆柱端封闭在其内部。

锥形光纤是指光纤的纤芯直径随着光纤长度的变化而逐渐变大，可以是掺稀土粒子的增益光纤和普通非掺杂的能量传输光纤。根据纤芯直径大小，可以将锥形光纤的两端分为大端和小端，锥形光纤的纤芯直径较大一端为大端，纤芯直径较小一端为小端。小端在端帽外壳外与光纤激光系统的输出光纤相熔接，大端在端帽外壳内与石英块进行熔接。锥形光纤可以是单包层锥形光纤，可以是双包层锥形光纤，也可以是多包层即包层为三层即以上。所述单包层锥形光纤由纤芯、内包层和涂覆层组成，纤芯的外表面从内到外依次设有内包层和涂覆层，纤芯和内包层的直径随着光纤长度的增长而线性变大，涂覆层的厚度固定，并不随光纤的长度而发生变化。所述双包层锥形光纤由纤芯、内包层、外包层和涂覆层组成，纤芯的外表面依次设有内包层、外包层和涂覆层，纤芯和内包层的直径随着光纤的长度的增长而线性变大，外包层和涂覆层的厚度固定，并不随光纤的长度而发生变化。

对于双包层锥形光纤，伸入端帽外壳内部的双包层锥形光纤的一端在伸入端帽外壳内部之前需去除其涂覆层，即伸入端帽外壳内部的双包层锥形光纤是一段去除涂覆层的光纤。在去除涂覆层的光纤表面利用紫外固化胶进行涂覆并固化，形成一个包层光剥离器。