专利名称：光纤头及其制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤技术领域，特别涉及用于高功率激光传输的光纤头结 构及其制作方法。
背景技术：
在目前的市场上在医疗、材料加工、激光显示等领域，要求光纤头的输 出光功率很高，传统的光纤头结构包括固定套管和单根光纤，固定套管有利 于将光纤头结构固定在其他装置上，单根光纤插入到固定套管中并且周围用
光学胶(通常是353ND)粘结固定在固定套管中。光纤头一般进行研磨、抛 光等工艺处理。如果研磨不够精细会导致光纤端面出现毛刺等影响平行度的 现象，或者由于使用过程中光纤端面附着了灰尘或端面出现划痕，都会导致 散射现象的发生，散射光会加热光学胶。在制作这样的光纤头的过程中，由 于只是把单^f艮光纤插入到固定套管中，所以插入比较容易，这样就可以将固 定套管的内径大小制作成与光纤的尺寸十分接近，从而减小光纤与固定套管 之间的空隙，进而减少了光学胶的使用量，由于热量堆积程度直接与光学胶 的使用量成正比，在较小功率(如30瓦以下)激光传输时，这种结构的光 纤头还可以应用，但是如果用于高功率激光传输，则热量堆积现象就会非常 严重，光学胶就会挥发污染光纤端面。影响光纤质量。因此若要利用单根光 纤输出高功率激光，只能采用无胶工艺，即在光纤头的端部制作出一个凹槽， 使单根光纤的端部附近棵露在凹槽中，但是这种结构对光纤的刚度要求较 高，否则光纤的端部就会弯曲。另外单个激光器的输出功率也非常有限，这 也极大地限制了与其连接的单根光纤内传输激光的功率，当然也可以采用多 个激光器向开放空间输出激光，并用透镜将这些激光聚焦，并耦合进单根光 纤中，这种方法虽然弥补了单个激光器输出功率有限的问题，但是增加了系 统安装和调试的难度。
多采用集束光纤，其中，较常见:结构如图1和图2所示，'将固定套管P2 的内径制作成能容纳多根光纤Pl,固定套管P2的纵向长度可以根据实际需要而定。根据传输功率的需要计算需要光纤P1的数量，将这些光纤P1排列 在一起形成光纤束，在光纤束的前段涂覆一段长度的光学胶P3，然后插入到
固定套管P2中， 一般来说，光学胶P3所覆盖的长度只要大约等于固定套管 P2的长度即可，该结构存在如下缺陷
首先，光纤头结构中的固定套管必须具有一定的长度，以保证固定套管 P2中多根光纤Pl的平行度，而且，在将光纤束插入到固定套管P2的过程中， 由于光纤的刚度小直径小，所以易弯曲，并且如果光纤P1与固定套管P2的 内壁发生摩擦而破坏光纤之间的粘结性，导致光纤彼此之间的距离增大，如 果固定套管P2的内径过小，就会使得插入过程极其困难或者无法插入。为 了防止这种情况的发生，必须使固定套管P2的内径比光纤束的直径大很多， 例如80根光纤Pl排列成直径为lmm的光纤束，那么固定套管P2的内径至 少加工成直径为1.7mm。由于上述原因造成的多余空隙都要由光学胶填充， 因此增大了光学胶的使用量。当光纤头研磨不精细、附着灰尘或出现划痕等 现象时，就会产生散射光，散射光会加热光学胶，由于光学胶的热量堆积程 度直接与使用量成正比，因此这种光纤头结构的光学胶中热量堆积严重，并 且如图1所示，由于光纤头中心附近的光学胶距离固定套管壁较远，这部分 的热量堆积更是十分严重。当热量堆积到一定程度时，位于光纤头端部附近 的光学胶就会首先燃烧，并烧毁光纤头端部附近的区域，烧坏的光纤头只能 重新进行研磨才能使用，严重的只能更换光纤头。
其次，这种光纤头结构维护成本高。如果其中一根光纤的端面损害，必 须整体重新研磨，这就造成不必要的浪费。
发明内容
因此，本发明的任务是克服现有技术中的缺陷，从而提供一种适于传 输大功率激光的光纤头。从而提供一种制作光纤头的方法。
一方面，本发明提供了光纤头，其特征在于，包括套管、多个子套管 和分別安装在所述多个子套管中的多根光纤，所述子套管安装在所述套管 中，形成光纤头。
另一方面，本发明还提供了一种制作光纤头的方法，先分别将多根光 纤安装在多个子套管中；然后对装有光纤的子套管进行处理；最后再将经 过处理的所述多个子套管安装在套管内，形成光纤头。上述光纤头及其制作方法中，每个子套管中优选安装有多根光纤。 上述光纤头及其制作方法中，所述子套管由导热材料制成，所述导热
材料优选金属，在某些功率较低、对散热要求不高的时候，子套管还可以
使用陶瓷制成。
本发明的有益效果在于
1、 本发明的光纤头结构中将许多根光纤分组，每组光纤数量很少，比 较容易插入到子套管中，因此子套管的内径可以制作成与每组光纤排列在一 起的尺寸十分接近，这就减小了需要在空隙中填充光学胶的量， 一定程度上
减少了光学胶的热量堆积量；
2、 因为每组光纤数目较少，子套管的内径可以制作成与每组光纤排列 在一起的尺寸十分接近，所以子套管中心处的光学胶距离子套管内壁的距离 就很小，有利于堆积在子套管中心处的光学胶内部的热量快速传导出去，从 而避免了因光学胶热量积累严重而导致光学胶燃烧现象的发生；
3、 本发明的光纤头结构的制作过程中，可以分别对每个子套管中的一 组光纤进行研磨，减小了需要研磨的面积，避免了因研磨面积过大而带来的 研磨不够精细的现象，降低了研磨工艺的难度；另外也可以采用将所有子套 管夹持在一起，放在研磨机上统一进行研磨，减小研磨工序的时间，降低研 磨工序的难度，此时对于每个子套管的实际研磨面积仍然很小。
,4、本发明的光纤头结构当出现光纤损坏的情况时，可以只修复或替换 与受损光纤对应的子套管及其内部的光奸，减小了维护成本，增大了维护的 容易性。
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 图l是现有技术中的光纤头结构的截面图； 图2是现有技术中的光纤头结构的纵向剖视图； 图3是本发明的光纤头结构的立体图4是本发明的光纤头结构中的一个子套管及插入到其内部的光纤的示
意图； 一
图5是本发明的光纤头结构中的一个子套管及插入到其内部的光纤的纵 向剖视图6是图5的A-A剖视图；图3-图6示出了本发明光纤头的一个实施例。其中，如图3所示，该 光纤头包括7个子套管2，每个子套管2中设有10根光纤1，所有的子套 管2最后安装在固定套管3内。固定套管的材料可以为金属。图4-图6给 出了一个子套管2及其内部光纤1的示意图，其中，图4为立体图，图5 为该子套管2的纵向剖视图，图6为图5的A-A剖视图。从图中可以看到， 由IO根光纤1组成的光纤束安装在该子套管2内，并且光纤之间、光纤 与子套管2内壁之间都通过光学胶4粘在一起。由于发明中的光纤头结构将大功率激光传输所需的较多根光纤分成若 干个组，每组光纤个数较少，这就减小了将光纤1插入到子套管2的难度， 因此子套管2的内径可以与每组光纤1排列在一起组成的光纤束的实际直径 十分接近，这就减小了每组光纤1与子套管2之间的空余空间，从而减少了 需要涂覆光学胶的量。当光纤头研磨不精细而出现毛刺或者光纤1的端面附 着灰尘时，会在相应的部分产生散射光，散射光会加热耐热性不好的光学胶， 如果光学胶积累的热量足够大就会燃烧，导致光纤头被烧坏。光学胶的量与 光学胶的热积累量成正比，因此本发明的光纤头结构减少了光学胶的数量， 也就在一定程度上减少了光学胶中热量的堆积；另外本发明将光纤1分组， 每组光纤的个数较少，从而子套管2的径向尺寸也可以制作成很小，使得位 于子套管2中心处的光学胶4较容易将内部积累的热量传导到子套管2上， 如果选用导热性能较优良的材料，例如金属管等，来制作子套管2,可以进 一步达到快速散热的目的，从而彻底避免了大功率激光传输时光学胶4燃烧 现象的发生，增加了光纤头的安全性和工作稳定性；此外，固定套管3与子 套管2之间的固定可以在远离出光端的部分进行，既可以使用各种机械方式 固定，也可以使用胶粘，由于此时固定的不再是光纤，所以可以使用光学胶 以外的各种导热性能良好的胶，同样提高了散热效率。制作本发明的光纤头时，可以先将光纤束通过光学胶4粘接在子套管2 中，然后对每个子套管2中的光纤1分别进行研磨、抛光，使其端面严格平 行，由于子套管2中的光纤1的数量很少，因此在分别研磨时，研磨的平面 的面积很小，这就降低了研磨的难度，比较容易研磨出符合规格的光学端面； 最后再将制作好的子套管2安装在固定套管3中，从而完成光纤头的安装和 制作。另外也可以将所有子套管2夹持在一起，对所有光纤l进行研磨，由于仍然只需要保证每个子套管2内光纤1的端面的平面度，因此对于每个子套管2而言，研磨面积仍然很小，同时将所有子套管2夹持在一起整体研磨， 能够减小研磨工序所需的时间。如果光纤头结构中的某一个子套管2中的一 根或几根光纤l损坏，例如端面受损等，可以将该子套管2连同内部的光纤 l取出后，将其修复或者替换，避免了现有技术中的一根光纤1受损，整个 光纤头都得重新修复的浪费现象，增大光纤头维护的容易性，并降低了维护 成本。当然，本领域技术人员应当理解，固定套管3的长度、内径、其内的 子套管2数量，以及每个子套管2的长度、内径和包含光纤1的根数都是 可以根据实际需要进行调整和变化的。另外，虽然上述实施例中每个子套管内的光纤根数相同，本领域技术人员完全可以根据具体情况的要求，在 不同的子套管内安装不同根数的光纤。最后应说明的是，以上各附图中的实施例仅用以说明本发明的光纤头 结构及其制作方法，但非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同 替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权 利要求范围当中。
权利要求
1.一种光纤头，其特征在于，包括套管、多个子套管和分别安装在所述多个子套管中的多根光纤，所述子套管安装在所述套管中，形成光纤头。
2. 根据权利要求1所述的光纤头，其特征在于，每个子套管中安装有 多根光纤。
3. 根据权利要求l或2所述的光纤头，其特征在于，所述子套管由导 热材料制成。
4. 根据权利要求3所述的光纤头，其特征在于，所述导热材料为金属。
5. —种制作光纤头的方法，先分别将多根光纤安装在多个子套管中； 然后对装有光纤的子套管进行处理；最后再将经过处理的所述多个子套管 安装在套管内，形成光纤头。
6. 根据权利要求5所述制作光纤头的方法，其特征在于，所述子套管 由导热材料制成。
7. 根据权利要求6所述制作光纤头的方法，其特征在于，所述导热材 料为金属。
8. 根据权利要求5所述制作光纤头的方法，其特征在于，每个子套管 中安装有多根光纤。
全文摘要
本发明提供一种光纤头及其制作方法，光纤头包括套管、多个子套管和分别安装在所述多个子套管中的多根光纤，所述子套管安装在所述套管中；制作光纤头方法中，先将多根光纤安装在多个子套管中；然后对装有光纤的子套管进行处理；最后再将经过处理的所述多个子套管安装在套管内，形成光纤头；本发明中子套管内径可以制作成与光纤束的尺寸接近，减小填充的光学胶，进而减少了光学胶的热量堆积量；可以分别对每个子套管中光纤进行研磨，减小了需要研磨的面积，避免了因研磨面积过大而带来的研磨不够精细的现象，降低了研磨工艺的难度；当光纤损坏时，可以只修复或替换与受损光纤对应的子套管及其内部的光纤，减小了维护成本，增加了维护的容易性。
文档编号G02B6/26GK101566707SQ20081010462
公开日2009年10月28日 申请日期2008年4月22日 优先权日2008年4月22日
发明者叶成伟, 涛 房, 勇 毕, 许江珂, 光 郑 申请人:北京中视中科光电技术有限公司;中国科学院光电研究院