一种激光传能跳线的制作方法

本实用新型涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种激光传能跳线。

背景技术：

光纤激光器在近些年有着迅猛的发展，由于其较高的激光转换效率，较简单的热管理方式，较低的维护成本使得其在工业领域有着非常广泛的应用。如果激光直接从光纤端面输出，由于激光只是在光纤的纤芯中传输，而光纤的纤芯一般较细，这就使得在在光纤的输出端面的功率密度极高，很容易就会产生激光损伤；同时受端面的菲利尔反射作用，部分输出激光会从输出端面反射回激光器，对激光器内部产生破坏。针对这两点，如图1所示，通常的解决方案是在传能光纤的端面熔接一个熔融石英棒，即端帽，同时在石英棒的另外一个端面镀有防反膜，这样在降低输出端面的功率密度的同时，也可以进一步的抑制输出端面产生的反射激光。

熔接有端帽的传能光纤端帽只是传能光纤的一部分，在传能光纤及端帽外部还需要通过机械结构进行封装，并集成有水冷装置，从而构成一个完整的高能激光传输跳线。由于传能光纤与端帽熔接点附近剥除了涂覆层，使得该熔接点非常脆弱，这样在封装制作过程以及后期使用中，该熔接点很容易被破坏。此外，在激光器输出部分，残余包层泵浦光，由于传能光纤的弯曲、熔接缺陷等产生的包层激光，激光器使用时被加工材质产生的回返激光，这几部分激光共同组成了传能光纤的包层光。实际使用中，剥除了涂覆的裸光纤部分会直接与冷却水接触时，这样一旦冷却水中有杂质，当杂质接触到光纤就很容易附着在光纤表面，造成对包层激光的高吸收，剧烈发热并使得传能光纤被破坏。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型提供一种激光传能跳线，以解决传能光纤的输出端强度较低，输出端剧烈发热易于损坏的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供一种激光传能跳线，包括：传能光纤、折射套管和端帽；所述传能光纤靠近输出端的外壁上套设有所述折射套管；其中，所述折射套管包括：第一平坦区、第一锥区和塌缩区；所述第一平坦区的直径大于所述塌缩区的直径，所述第一锥区沿所述传能光纤的输出方向直径逐渐减小，且所述第一平坦区、所述第一锥区和所述塌缩区依次连通，所述传能光纤依次穿过所述第一平坦区、所述第一锥区和所述塌缩区熔接在所述端帽上。

进一步地，所述传能光纤的输出端封装在所述塌缩区内，所述塌缩区的输出端熔接在所述端帽上。

进一步地，所述折射套管还包括：第二锥区；所述第二锥区沿所述传能光纤的输出方向直径逐渐增大，所述传能光纤的输出端封装在所述第二锥区内，所述塌缩区的输出端与所述第二锥区的小径端相连，所述第二锥区的大径端与所述端帽熔接。

进一步地，所述折射套管还包括：第二锥区和第二平坦区；所述第二锥区沿所述传能光纤的输出方向直径逐渐增大，所述传能光纤的输出端封装在所述第二平坦区内，所述塌缩区的输出端与所述第二锥区的小径端相连，所述第二平坦区为直管段，所述第二锥区的大径端与所述第二平坦区的一端相连，所述第二平坦区的另一端与所述端帽熔接。

进一步地，所述塌缩区为真空套管，所述真空套管紧贴在所述传能光纤靠近输出端的外壁上。

进一步地，所述折射套管的外表面为磨砂表面，所述折射套管为掺杂融石英套管。

进一步地，所述折射套管的折射率小于无掺杂融石英的折射率。

进一步地，所述折射套管的折射率小于无掺杂融石英的折射率。

(三)有益效果

本实用新型提供一种激光传能跳线，通过在传能光纤靠近输出端的外壁上套设有折射套管，将传能光纤依次穿过折射套管的第一平坦区、第一锥区和塌缩区，并将其熔接在端帽上。该激光传能跳线包括：传能光纤、折射套管和端帽；所述传能光纤靠近输出端的外壁上套设有折射套管；折射套管包括：第一平坦区、第一锥区和塌缩区；第一平坦区的直径大于塌缩区的直径，第一锥区沿传能光纤的输出方向直径逐渐减小，且第一平坦区、第一锥区和塌缩区依次连通，传能光纤依次穿过第一平坦区、第一锥区和塌缩区熔接在端帽上。本实用新型提供的激光传能跳线通过设置折射套管，将传能光纤与端帽熔点处的直径变大，使得该激光传能跳线熔接时可以承受更高的熔接功率和熔接时间，有效增加了传能光纤的输出端强度，而且可以对包层光进行高效滤除。同时，在增加折射套管后，使激光传能跳线的包层与纤芯比例增大，即使因为包层光被杂质吸收发热，产生的热也更难传导到纤芯，增强了传能光纤的输出端的散热能力。

此外，本实用新型使用的折射套管默认其折射率大于无掺杂融石英折射率，也就是大于光纤包层折射率，从而起到对包层光的引导、剥离作用；但采用的折射套管的折射率也可以小无掺杂融石英折射率，作用原理是将包层光严格限制在传能光纤的包层中反向传输，利用激光器自带的滤模器对包层光进行滤除，从而完全避免水冷水与包层光的接触。

附图说明

图1是现有技术中激光传能跳线的结构示意图；

图2是本实用新型第一优选实施例中提供的激光传能跳线的结构示意图；

图3是本实用新型第二优选实施例中提供的激光传能跳线的结构示意图；

图4是本实用新型第三优选实施例中提供的激光传能跳线的结构示意图；

图5是本实用新型优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图一；

图6是本实用新型优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图二；

图7是本实用新型优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图三；

图8是本实用新型优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图四；

图9是本实用新型优选实施例中提供的激光传能跳线的制作流程结构示意图五；

图10是本实用新型优选实施例中提供的激光传能跳线的结构示意图；

其中，1：传能光纤；2：折射套管；3：端帽；11：涂覆层；21：第一平坦区；22：第一锥区；23：塌缩区；24：第二锥区；25：第二平坦区；31：锥台。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例为解决现有技术中存在的问题提供一种激光传能跳线，如图2所示，该激光传能跳线包括：传能光纤1、折射套管2和端帽3。传能光纤1靠近输出端的外壁上套设有折射套管2。传能光纤1与折射套管2合为一体，进而在传能光纤1上形成了由折射套管2构成的剥模器。其中，折射套管2为经过拉锥处理的高折射套管，该折射套管2包括：第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23。第一平坦区21的直径大于塌缩区23的直径，第一锥区22沿传能光纤1的输出方向直径逐渐减小，且第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23依次连通，传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22 和塌缩区23熔接在端帽3上。该激光传能跳线在增加传能光纤1的输出端强度的同时，使得该激光传能跳线可以对包层光进行高效滤除，同时增强了传能光纤1的输出端的散热能力。

为进一步增强该激光传能跳线的机械强度，本实施例中，塌缩区 23的输出端也熔接在端帽3上，传能光纤1的输出端封装在塌缩区 23内，即通过传能光纤1与折射套管2合为一体形成的剥模器与端帽3熔接，使剥模器直接与端帽3熔接，增加了传能光纤1与端帽3 熔接点处的强度。

本实施例中，端帽3可选用直径2mm的小棒状端帽3、直径8mm 的块状端帽3及其他类型端帽3。

其中，折射套管2的塌缩区23为真空套管，该真空套管紧贴在传能光纤1靠近输出端的外壁上。例如，折射套管2可通过热缩的方式套接在传能光纤1的外壁上。

为避免传能光纤1直接与外界接触，增强传能光纤1的抗腐蚀抗氧化能力，传能光纤1的输入端套设有涂覆层11。且为保证该激光传能跳线中折射套管2的机械强度，该涂覆层11部分嵌在折射套管 2的第一平坦区21内。

本实施例中，折射套管2的外表面为磨砂表面，即折射套管2上对应第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23的区域均为磨砂表面，该磨砂表面通过化学腐蚀、激光刻蚀、机械打磨或石英颗粒熔覆中的一种或多种方式形成。

其中，折射套管2可采用掺杂融石英套管，掺杂的元素可依据具体工况调整，从而保持传能光纤1与折射套管2材质的一致性，同时保证折射套管2的熔点略低于传能光纤1，使得传能光纤1与端帽3 熔接时，可以保证良好的熔接质量。

需要说明的是，本实施例使用的折射套管2默认其折射率大于无掺杂融石英折射率，也就是大于光纤包层折射率，从而起到对包层光的引导、剥离作用。但在其他实施例中也可采用的折射率小无掺杂融石英的折射套管2，作用原理是将包层光严格限制在传能光纤的包层中反向传输，利用激光器自带的剥模器对包层光进行滤除，从而完全避免水冷水与包层光的接触，正向传输的包层光则直接从端帽3输出，反向传输的包层光则被激光器内部自带的剥模器滤除。

本实施例中，折射套管2需要与端帽3熔接，因此折射套管2的折射率不能太高，因为折射率越高，掺杂越高，熔点越低，这使得与端帽3熔接时，如果采用正常功率，折射套管2会融化。如果使用较低的功率时，折射套管2软化，传能光纤1却没有到达熔点。因此需要折射套管2的折射率略大于传能光纤1的包层折射率。折射套管2 可采用掺杂型石英套管，从而保持传能光纤1与折射套管2材质的一致性，同时保证高折射率的折射套管2熔点略低于传能光纤1，使得传能光纤1与端帽3熔接时，可以保证良好的熔接质量。

本实用新型实施例提供一种激光传能跳线，通过在传能光纤1靠近输出端的外壁上套设有折射套管2，将传能光纤1依次穿过折射套管2的第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23，并将其熔接在端帽 3上。本实用新型提供的激光传能跳线通过设置折射套管2，将传能光纤1与端帽3熔点处的直径变大，使得该激光传能跳线熔接时可以承受更高的熔接功率和熔接时间，有效增加了传能光纤1的输出端强度，而且可以对包层光进行高效滤除。同时，在增加折射套管2后，使激光传能跳线的包层与纤芯比例增大，即使因为包层光被杂质吸收发热，产生的热也更难传导到纤芯，增强了传能光纤1的输出端的散热能力。

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种激光传能跳线，如图3所示，该激光传能跳线包括：传能光纤1、折射套管2和端帽 3。传能光纤1靠近输出端的外壁上套设有折射套管2。传能光纤1 与折射套管2合为一体，进而在传能光纤上形成了由折射套管2构成的剥模器。

针对如图3中这类连接有锥台31的端帽3，端帽3的熔接端面较小，而传能光纤1加装折射套管2后，直径过大，甚至大于端帽3 的熔接端面，从而造成熔接困难。针对这一类的端帽3，可以通过对折射套管2的拉锥形状设计，制得如图3中此类型的非对称性的折射套管2。该折射套管2包括：第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区 23和第二锥区24。第二锥区24沿传能光纤1的输出方向直径逐渐增大，第一平坦区21的直径大于塌缩区23的直径，且第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23和第二锥区24依次连通，传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23和第二锥区24熔接在端帽3上。传能光纤1的输出端封装在第二锥区24内，塌缩区23的输出端与第二锥区24的小径端相连，第二锥区24的大径端与端帽3 熔接。

区别于上述实施例，本实施例通过在折射套管2中的塌缩区23 后继续设置第二锥区24，使激光传能跳线能够适用设有锥台31的端帽3，同时有效提升了传能光纤1的输出端强度。

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种激光传能跳线，如图4所示，该激光传能跳线包括：传能光纤1、折射套管2和端帽 3。传能光纤1靠近输出端的外壁上套设有折射套管2。传能光纤1 与折射套管2合为一体，进而在传能光纤1上集成了剥模器。折射套管2为经过拉锥处理后的高折射套管，

本实施例中，可只热缩一部分折射套管2，保留传能光纤1与端帽3熔接点处，该折射套管2包括：第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25。第二平坦区25的直径可根据端帽3的大小进行调整，第二锥区24沿传能光纤1的输出方向直径逐渐增大，第一平坦区21的直径大于塌缩区23的直径，且第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25 依次连通，传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25熔接在端帽3上。第二锥区24 沿传能光纤1的输出方向直径逐渐增大，传能光纤1的输出端封装在第二平坦区25内，塌缩区23的输出端与第二锥区24的小径端相连，第二平坦区25为直管段，第二锥区24的大径端与第二平坦区25的一端相连，第二平坦区25的另一端与端帽3熔接。此时，熔接点处的折射套管2与传能光纤1处于分离状态，这使得滤模区域远离熔接点附近，降低了熔接点处的温度，进而有效避免了传能光纤1输出端剧烈发热易于损坏的问题。

综上，本实用新型实施例提供一种激光传能跳线，通过在传能光纤1靠近输出端的外壁上套设有折射套管2，将传能光纤1依次穿过折射套管2的第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23，并将其熔接在端帽3上。本实用新型提供的激光传能跳线通过设置折射套管2，将传能光纤1与端帽3熔点处的直径变大，使得该激光传能跳线熔接时可以承受更高的熔接功率和熔接时间，有效增加了传能光纤1的输出端强度，而且可以对包层光进行高效滤除。同时，在增加折射套管 2后，使激光传能跳线的包层与纤芯比例增大，即使因为包层光被杂质吸收发热，产生的热也更难传导到纤芯，增强了传能光纤1的输出端的散热能力。此外，区别于上述实施例，本实施例通过在折射套管 2中的第二锥区24后继续设置第二平坦区25，使激光传能跳线的滤模区域远离熔接点附近，降低熔接点处的温度，有效避免了传能光纤 1输出端剧烈发热易于损坏的问题。

本实用新型实施例上述激光传能跳线的制作方法，如图5至图 10所示，该制作方法包括如下步骤：

步骤S1：选取一段折射套管2，并将折射套管2拉锥，在折射套管2上至少形成第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23；其中，第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23依次连通，第一平坦区21的直径大于塌缩区23的直径，第一锥区22沿传能光纤1的输出方向直径逐渐减小。

其中，步骤S1之前还包括子步骤：去掉传能光纤1靠近输出端的涂覆层11，并采用超声波清洗器和酒精对传能光纤1进行清洗。

具体地，如图5和图6所示，去掉传能光纤1靠近输出端的涂覆层11后，先选取一段折射套管2，其内部孔径略大于传能光纤1的涂覆层11直径，利用加热拉锥法对其进行拉锥，拉锥热源包括二氧化碳激光，氢氧焰，石墨加热炉。拉锥后，形成至少包括：第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23的折射套管2，其中直径最小的塌缩区23的内径略大于去除涂覆层11的传能光纤1的直径。

其中，拉锥过程可根据后续需要进行调整，例如可在折射套管2 上形成依次连通的第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25。

拉锥结束后，还可先对传能光纤1进行腐蚀处理，去掉传能光纤 1的一部分包层，从而使得包层光更容易泄漏到外层的折射套管2中。

步骤S2：将传能光纤1从折射套管2的一端插入，对折射套管2 进行加热，在折射套管2的一端接入真空泵，使折射套管2逐渐收缩与传能光纤1合为一体。

其中，拉锥结束后，先将传能光纤1从折射套管2的一端插入，且保证涂覆层11的一部分嵌入到折射套管2的第一平坦区21内。如图7所示，再使用加热源扫描加热折射套管2的塌缩区23，加热扫描的同时在折射套管2的一端接入真空泵，使用真空泵对折射套管2 进行抽真空，使得折射套管2贴合到光纤上并融为一体。最后将热熔后的折射套管2的外表面形成磨砂表面。其中，磨砂表面通过化学腐蚀、激光刻蚀、机械打磨或石英颗粒熔覆中的一种或多种方式形成。

步骤S3：在塌缩区23对折射套管2和传能光纤1进行切割，使传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23熔接在端帽3上。

步骤S2结束后，如图8和图9所示，在塌缩区23对折射套管2 和传能光纤1进行切割，使传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23熔接在端帽3上，传能光纤1的输出端封装在塌缩区23内，塌缩区23的输出端熔接在端帽3上，并使用低折射率胶对传能光纤1与折射套管2的接触点进行封装，使得传能光纤1彻底的与冷却水分离。最后形成如图2所示的激光传能跳线，该激光传能跳线包括：传能光纤1、折射套管2和端帽3。传能光纤1靠近输出端的外壁上套设有折射套管2。折射套管2为经过拉锥处理的高折射套管，该折射套管2包括：第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区 23。第一平坦区21的直径大于塌缩区23的直径，第一锥区22沿传能光纤1的输出方向直径逐渐减小，且第一平坦区21、第一锥区22 和塌缩区23依次连通，传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22和塌缩区23熔接在端帽3上。

其中，对于功率较低的激光器，其当其输出功率不超过1千瓦时，可以对以上结构步骤进行简化，省略折射套管2的拉锥过程，如图 10所示，直接将整折射套管2热熔到传能光纤1上，然后进行切割并与端帽3熔接，得到简化型的激光传能跳线。

针对如图3中这类连接有锥台31的端帽3，端帽3的熔接端面较小，而传能光纤1加装折射套管2后，直径过大，甚至大于端帽3 的熔接端面，从而易造成熔接困难。针对这一类的端帽3，该制作方法通过对折射套管2的拉锥形状设计，并对应调整步骤S1至S3制得如图3中此类型的非对称性的折射套管2。

具体过程如下：

在上述步骤S1的步骤中，选取一段折射套管2，并将折射套管2 拉锥，在折射套管2上还拉锥形成有第二锥区24，形成至少包括：第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23和第二锥区24的折射套管 2；其中，第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23和第二锥区24依次连通，第二锥区24沿传能光纤1的输出方向直径逐渐增大，塌缩区23的输出端与第二锥区24的小径端相连。

在上述步骤S2的步骤中，将传能光纤1从折射套管2的一端插入，对折射套管2进行加热，在折射套管2的一端接入真空泵，使折射套管2逐渐收缩与传能光纤1合为一体。

在上述步骤S3的步骤中，在第二锥区24对折射套管2和传能光纤1进行切割，使传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23和第二锥区24熔接在端帽3上，并使传能光纤1的输出端封装在第二锥区24内，第二锥区24的输出端熔接在端帽3上。

最终制出如图3所示的激光传能跳线，该激光传能跳线包括：传能光纤1、折射套管2和端帽3；折射套管2包括：第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23和第二锥区24。第二锥区24沿传能光纤1 的输出方向直径逐渐增大，第一平坦区21的直径大于塌缩区23的直径，且第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23和第二锥区24依次连通，传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23 和第二锥区24熔接在端帽3上。传能光纤1的输出端封装在第二锥区24内，塌缩区23的输出端与第二锥区24的小径端相连，第二锥区24的大径端与端帽3熔接。

为了进一步降低熔接点处滤模压力和温度压力，同时起到传能光纤1与冷却水的分离，制出如图4所示的激光传能跳线。可以先将传能光纤1和折射套管2切割，然后将传能光纤1穿入折射套管2保证端面平齐，然后对高折射率套管进行部分拉锥。同时，也可以将现将传能光纤1插入折射套管2，进行部分拉锥，最后采用研磨的方式制作光滑平整的端面。通过这种方式可以保证传能光纤1与端帽3熔接点处光纤与折射套管2的分离。使得滤模区域远离熔接点附近，降低熔接点处的温度，进而有效避免了传能光纤1输出端剧烈发热易于损坏的问题。

可以理解的是，该结构还可通过调整步骤S1至S3制得，具体过程如下：

在上述步骤S1的步骤中，选取一段折射套管2，并将折射套管2 拉锥，在折射套管2还拉锥形成有第二锥区24和第二平坦区25，形成至少包括：第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24 和第二平坦区25的折射套管2；其中，第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25依次连通，第一平坦区21 的直径大于塌缩区23的直径，第一锥区22沿传能光纤1的输出方向直径逐渐减小；第二锥区24沿传能光纤1的输出方向直径逐渐增大，塌缩区23的输出端与第二锥区24的小径端相连，第二平坦区25为直管段，第二锥区24的大径端与第二平坦区25的一端相连。

在上述步骤S2的步骤中，将传能光纤1从折射套管2的一端插入，对折射套管2进行加热，在折射套管2的一端接入真空泵，使折射套管2逐渐收缩与传能光纤1合为一体。

在上述步骤S3的步骤中，在第二平坦区25对折射套管2和传能光纤1进行切割，使传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25熔接在端帽3上，并使传能光纤1的输出端封装在第二平坦区25内，使第二平坦区25的另一端与端帽3熔接。

最终制出如图4所示的激光传能跳线，该激光传能跳线包括：传能光纤1、折射套管2和端帽3；该折射套管2包括：第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25。第二平坦区25的直径可根据端帽3的大小进行调整，第二锥区24沿传能光纤 1的输出方向直径逐渐增大，第一平坦区21的直径大于塌缩区23的直径，且第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25依次连通，传能光纤1依次穿过第一平坦区21、第一锥区22、塌缩区23、第二锥区24和第二平坦区25熔接在端帽3上。第二锥区24沿传能光纤1的输出方向直径逐渐增大，传能光纤1的输出端封装在第二平坦区25内，塌缩区23的输出端与第二锥区24 的小径端相连，第二平坦区25为直管段，第二锥区24的大径端与第二平坦区25的一端相连，第二平坦区25的另一端与端帽3熔接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。