一种用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器。整个光纤端帽夹持器为一个内部空心的整体，包括五个部分，从底座开始，依次为光纤端帽柱区固定区、光纤端帽锥区固定区、切口以及光纤稳定区，光纤端帽带尾纤一端从光纤端帽夹持器底座一端向光纤稳定区移动进行装配。该夹持器实现对光纤端帽的稳定夹持，实现同基于柔性铰链的自适应光纤准直器的稳定且可靠的装配。具有可靠性高、同自适应光纤准直器可自由装卸的优势。加工方便，性能可靠，对实验环境和仪器设备没有特殊要求。
【专利说明】
一种用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器
技术领域
[0001]本发明涉及一种光纤端帽夹持器结构，尤其是一种用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构。
【背景技术】
[0002]光纤激光以其特有的优势，近年来获得飞速发展，单纤单模功率已突破20kW，但同化学激光器输出的兆瓦级功率仍相差甚远。为突破功率限制，光纤激光多光束合成技术被提出并获得广泛发展，是取得高功率激光输出的有效方法之一。在实际的光纤激光合成系统中，由于装配误差、指向误差、机械振动和大气扰动等因素的影响，各个单元光束的光轴会发生偏移，导致目标处光斑无法有效重合，从而严重影响合成光束的光束质量和合成效率。要想进一步提高光纤激光合成系统的光束质量和系统稳定性，必须对倾斜波前进行有效控制。因此在相应的光学系统中，需要能使光束受控地产生快速、小角度变化的器件。自适应光纤光源准直器以其控制精度及控制带宽高的优势，在国内外获得广泛实验验证。其中美国陆军实验室和中国科学院光电技术研究所研制的自适应光纤准直器的基本结构一致，其原理均是通过直接控制光纤尖端在准直透镜焦平面的位置达到控制出射光束倾斜像差的效果[L.A.Beresnev and M.A.Vorontsov, "Design of adaptive fiber opticscollimator for free-space communicat1n laser transceiver，,， Proc.SPIE 5895 ，58950R，58950R-7 (2005)]。此种结构的自适应光纤光源准直器由于驱动器出力很小(通常小于10N)，仅可驱动单根光纤，而光纤激光输出端面是尺寸仅为几十微米的纤芯，这就使得该自适应光纤准直器在承受高功率时输出端功率密度极高，因而较难实现更高功率输出[Chao Geng, Baoyin Zhao, Entao Zhang, et al.〃1.5kW Incoherent Beam Combiningof Four Fiber Lasers Using Adaptive Fiber-Optics Collimators, IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTERS, 25(13)，1286-1289，(2013)]。而由国防科学技术大学提出的基于柔性铰链的自适应光纤准直器，以光纤端帽作为输出端，通过直接控制光纤端帽在准直透镜焦平面的位置达到控制准直光束倾斜角度的效果。光纤端帽是熔接在光纤尾端的石英晶体块，由于光纤端帽的尺寸远远大于光纤纤芯，使得光纤激光输出端面的功率密度大大降低，因而更易承受高功率的光纤激光输出。但该新型自适应光纤准直器在光纤端帽固定方面尚不成熟，因而还无法实现高功率输出[Dong Zhi , Pengfei Ma, Yanxing Ma, et al.“Novel adaptive fiber-optics collimator for coherent beam combinat1n,” Opt.Express, 22(25)，31520-31528，(2014)]。因而设计一种应用于该自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构成为了当前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提供一种用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构。该结构设计原理简单，易于加工实现，可稳定控制光纤端帽，且可同自适应光纤准直器实现自由装卸。
[0004]本发明的技术解决方案是:基于自适应光纤准直器的工作原理及结构特点，通过设计适合光纤端帽尺寸的夹持器件实现对光纤端帽的稳定夹持。
[0005]其特点在于:根据基于柔性铰链的自适应光纤准直器的体积小的结构特点，设计一种空间紧凑的光纤端帽夹持器。根据自适应光纤准直器被控制物体重量越小越好的工作要求，设计的光纤端帽夹持器重量应尽量小。根据光纤端帽在输出高功率激光的情况下会发光发热的特点，设计的光纤端帽夹持结构应具有一定的散光散热结构。可用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器可根据不同的光纤端帽尺寸设计相应结构。
[0006]—种光纤端帽夹持器，包括五个部分，分别为底座1、光纤端帽柱区固定区2、光纤端帽锥区固定区3、切口 4以及光纤稳定区5，整个光纤端帽夹持器为一个内部空心的不规则形状的整体，从底座I开始，依次为光纤端帽柱区固定区2、光纤端帽锥区固定区3、切口 4以及光纤稳定区5，底座I上开有圆形通孔，光纤端帽柱区固定区2为圆柱筒形状，光纤端帽锥区固定区3为锥筒形状，在光纤端帽锥区固定区3上开有切口 4，光纤端帽锥区固定区3末端连接光纤稳定区5。
[0007]底座I上设有4个螺孔，用于光纤端帽夹持器同自适应光纤准直器的固定连接。
[0008]光纤端帽同光纤端帽夹持器之间的固定由光纤端帽柱区固定区2、光纤端帽锥区固定区3和光纤稳定区5完成。另外，光纤端帽夹持器同自适应光纤准直器的固定连接由底座I完成。
[0009]具体调节过程为:
[0010]光纤端帽带尾纤一端从光纤端帽夹持器底座I一端向光纤稳定区5移动进行装配。光纤端帽柱区固定区2的尺寸同光纤端帽圆柱区域的尺寸一致，以保证装配过程中光纤端帽的轴向同夹持器轴向一致。同时，光纤端帽锥区固定区3的锥度同光纤端帽锥区的锥度保持一致，以保证光纤端帽的锥区同夹持器完美贴合，进而确定光纤端帽的空间位置。切口 4是切口区域，目的是对光纤端帽与光纤的熔接点区域做悬空处理，一方面保护熔接点不因碰到夹持器而损坏，另一方面可将熔接点附近区域的散射光发散到空间中，降低夹持器的接收光面积，进而降低夹持器因吸光而产生的热。光纤端帽的尾纤部分放入光纤稳定区5的槽中，并用胶水对尾纤固定，从而保证装配在夹持器上的光纤端帽固定不动。装配示意图如图4所示。最后通过底座I上面的四个螺孔将装配好光纤端帽夹持器同自适应光纤准直器的被控制部分紧密固定。
[0011]上面所述的光纤端帽夹持器由具有一定刚度的硬质材料一体化加工而成，以满足结构牢固稳定、精度高、体积小、重量轻的加工要求。
[0012]采用本发明可以达到以下技术效果:
[0013]1、本发明提供了一种用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构，通过该夹持器实现对光纤端帽的稳定夹持。
[0014]2、本发明提供的用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构，可以实现同基于柔性铰链的自适应光纤准直器的稳定且可靠的装配。
[0015]3、本发明提供的用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构具有可靠性高、同自适应光纤准直器可自由装卸的优势。
[0016]4、本发明提供的用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构设计方法原理简单，加工方便，性能可靠，对实验环境和仪器设备没有特殊要求。
[0017]5、本发明提供的用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器结构适用于基于光纤端帽输出的高功率光纤激光阵列光束之间相干合成与非相干合成，及空间光通信、光束抖动控制等其它通过控制光纤端帽实现对光纤激光倾斜像差控制的领域。
【附图说明】
[0018]图1用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器左视图图，
[0019]图2用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器俯视图，
[0020]图3用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器主视图，
[0021]图4用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器立体示意图，
[0022]图5用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器剖面视图，
[0023]图6光纤端帽与光纤端帽夹持器装配示意图。
【具体实施方式】
[0024]—种光纤端帽夹持器为一体化结构，包括五个部分，分别为底座1、光纤端帽柱区固定区2、光纤端帽锥区固定区3、切口 4以及光纤稳定区5，整个光纤端帽夹持器为一个内部空心的不规则形状整体，从底座I开始，依次为光纤端帽柱区固定区2、光纤端帽锥区固定区
3、切口 4以及光纤稳定区5，底座I上开有圆形通孔，光纤端帽柱区固定区2为圆柱筒形状，光纤端帽锥区固定区3为锥筒形状，在光纤端帽锥区固定区3上开有切口 4，光纤端帽锥区固定区3末端连接光纤稳定区5。
[0025]底座I上设有4个螺孔，用于光纤端帽夹持器同自适应光纤准直器的固定连接。
[0026]光纤端帽同光纤端帽夹持器之间的固定由光纤端帽柱区固定区2、光纤端帽锥区固定区3和光纤稳定区5完成。另外，光纤端帽夹持器同自适应光纤准直器的固定连接由底座I完成。本实验室根据以上设计制作了用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器，并将光纤端帽装配固定其上。由于自适应光纤准直器控制对象的重量不宜过大，我们测量了已装配好光纤端帽的夹持器重量，如图5所示，总重7.325克，轻便小巧，可达到自适应光纤准直器的结构设计要求。进而我们将装配好的光纤端帽夹持器安装于自适应光纤准直器上，并进行了高功率光纤激光输出实验，实验现场图如图6所示，实现了 501W高功率光纤激光输出。
【主权项】
1.一种用于自适应光纤准直器的光纤端帽夹持器，整个光纤端帽夹持器为一个内部空心的整体，从底座(I)开始，依次为光纤端帽柱区固定区(2)、光纤端帽锥区固定区(3)、切口(4)以及光纤稳定区(5)，其特征在于，底座(I)上开有圆形通孔，光纤端帽柱区固定区(2)为圆柱筒形状，光纤端帽锥区固定区(3)为锥筒形状，在光纤端帽锥区固定区(3)上开有切口(4)，光纤端帽锥区固定区(3)末端连接光纤稳定区(5)， 所述底座(I)上设有4个螺孔， 光纤端帽同光纤端帽夹持器之间的固定由光纤端帽柱区固定区(2)、光纤端帽锥区固定区(3)和光纤稳定区(5)完成。
【文档编号】G02B6/32GK205608247SQ201620287753
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】支冬, 马阎星, 司磊, 周旋风, 陈子伦, 王小林, 周朴, 许晓军, 陈金宝, 刘泽金
【申请人】中国人民解放军国防科学技术大学