专利名称：光纤耦合装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光技术领域，具体涉及一种光纤耦合装置。
背景技术：
随着激光技术的发展，激光的应用也越来越广泛，在通信工程、工业加工、军事技术和医疗器械等方面的应用尤其引人注目。那么在激光加工中，通常需要采用光纤传输高功率激光。目前，百瓦级和千瓦级功率激光的耦合技术已经相当成熟，但是万瓦级甚至更高功率激光的耦合还存在一定的技术困难，主要原因是光纤的入射端面面积小，导致激光功率密度很高，加之缺乏散热装置，所以容易造成光纤的入射端面损伤。激光的光纤注入耦合，是光纤传能系统的“入口”环节，激光注入光纤的耦合装置 对整个系统的激光传输特性有重要的影响，而注入耦合装置的设计对耦合效率有重要的影响。在注入耦合装置的设计中，要考虑到如下因素对耦合效率的影响，如激光与光纤的机械对准误差，高功率激光对光纤端面的损伤概率，耦合装置的热效应影响。本实用新型采用由石英圆柱体、石英梯形圆柱体、导光锥等结构构成耦合装置，并辅助以水冷来实现将万瓦级激光注入到光纤中。
实用新型内容本实用新型的目的是提出一种光纤耦合装置，可将工业上应用的高功率激光注入到光纤中的耦合装置，使其能够耦合万瓦级甚至更高功率的激光。为了达到上述设计目的，本实用新型采用的技术方案如下—种光纤耦合装置，包括金属外管，套接在金属外管一端的石英圆柱体，粘接在石英圆柱体内侧的石英梯形圆柱体，所述石英梯形圆柱体的梯形面为磨砂处理面，粘接在石英梯形圆柱体的小端面的导光锥，粘接在导光锥另一端的光纤，所述导光锥该端直接与光纤直径相同；所述金属外管内套接金属内管，金属外管与金属内管之间设有间隙，所述金属内管末端延伸至靠近金属外管内的石英梯形圆柱体处，且金属内管末端与石英梯形圆柱体之间设有间隙。优选地，所述石英圆柱体外侧面镀有防反射膜。优选地，所述导光锥内部折射率等于光纤纤芯折射率，且大于导光锥外部折射率。优选地，所述石英圆柱体、石英梯形圆柱体、导光锥、光纤通过紫外固化黏合剂黏结。本实用新型所述的光纤耦合装置的有益效果是结构设计简单，使用方便，可耦合更高功率的激光，耦合效果好；散热性能好，避免出现入射端面损伤。
图I为本实用新型所述的光纤耦合装置的结构示意图；图2是本实用新型所述的光纤耦合装置的导光锥的结构图。[0014]图中1、石英圆柱体，2、石英梯形圆柱体，3、导光锥，4、光纤，5、金属内管，6、金属外管。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的最佳实施方案作进一步的详细的描述。如图I和2所示，本实用新型实施例所述的光纤耦合装置，包括石英圆柱体I、石英梯形圆柱体2、导光锥3、金属内管5和金属外管6，所述金属外管6 —端套接石英圆柱体I，石英圆柱体I外侧面镀有防反射膜7，当高功率激光入射到石英圆柱体I上时，通过防反射膜7可使得激光无反射(或反射率很低)经过折射进入到石英圆柱体I中，所述石英圆柱体I内侧面设有石英梯形圆柱体2，石英梯形圆柱体2的梯形面为磨砂处理面8，可对偏离中心轴线的光和杂散光进行散射，最后被金属外管6吸收变为热量，由冷却水带走；所述石英梯形圆柱体2的大端面与石英圆柱体I内侧面粘接为一体，石英梯形圆柱体2的小端 面粘接导光锥3 —端，所述导光锥3为锥形结构，导光锥3另一端粘接光纤4 一端，且导光锥3该端直接与光纤4直径相同，所述导光锥3内部折射率等于光纤4纤芯折射率，且大于导光锥3外部折射率，激光在导光锥3内全反射传输，并以合适的角度进入到光纤4中，该角度符合光纤4的数值孔径，最后激光被耦合进光纤4中传输；所述金属外管6内套接金属内管5,金属内管5末端延伸至靠近金属外管6内的石英梯形圆柱体2处,且金属内管5末端与石英梯形圆柱体2之间设有间隙，使用时，冷却水由金属内管5向外流动，从金属内管5与金属外管6之间的间隙流出，既可带走石英梯形圆柱体2和导光锥3的热量，又可避免产生湍流。所述石英圆柱体I、石英梯形圆柱体2、导光锥3、光纤4通过紫外固化黏合剂黏结。其激光注入光纤的耦合过程为高功率激光入射到石英圆柱体I的外侧面，由于外侧面的面积远远大于光纤的表面面积，而无论是石英圆柱体I还是由石英构成的光纤，石英这种材料受激光辐射的损伤阈值不变，这就意味着石英圆柱体I能够承受更高功率的激光，也就是说石英圆柱体I外侧面的光斑面积很大；同时，石英圆柱体I的外侧面镀有防反射膜7，可增加入射光的透过率，而且在大面积的石英圆柱体I表面镀防反射膜7相比光纤来说也更加容易。入射光在石英圆柱体I外侧面经折射后进入到石英圆柱体I中，若入射光偏离石英圆柱体I的中心轴或入射光中存在杂散光，则这部分光会照射到石英梯形圆柱体2的磨砂处理面8，该磨砂处理面8可将这部分光散射掉，散射光被周围的金属外管6吸收变为热量并由周围的冷却水带走。石英梯形圆柱体2的磨砂处理面8能增加对光的散射面积和与冷却水的接触面积，有利于散热。由于石英圆柱体I外侧面的入射光斑面积很大,光在石英圆柱体I的外侧面经过折射传输到石英梯形圆柱体2时光斑面积虽有所减小但依然远大于光纤表面面积，无法耦合进光纤中，进入导光锥3，导光锥3内部折射率等于光纤4纤芯折射率，且大于导光锥3外部折射率，激光在导光锥3内全反射传输，将光斑面积继续减小到符合光纤4端面的面积，并以合适的角度进入到光纤4中，该角度符合光纤4的数值孔径，最后激光被耦合进光纤4中传输。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，便于该技术领域的技术人员能理解和应用本实用新型，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对本实用 新型做出的简单改进都应该在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种光纤耦合装置，其特征在于包括金属外管，套接在金属外管一端的石英圆柱体，粘接在石英圆柱体内侧的石英梯形圆柱体，所述石英梯形圆柱体的梯形面为磨砂处理面，粘接在石英梯形圆柱体的小端面的导光锥，粘接在导光锥另一端的光纤，所述导光锥该端直接与光纤直径相同；所述金属外管内套接金属内管，金属外管与金属内管之间设有间隙，所述金属内管末端延伸至靠近金属外管内的石英梯形圆柱体处，且金属内管末端与石英梯形圆柱体之间设有间隙。
2.根据权利要求I所述的光纤耦合装置，其特征在于所述石英圆柱体外侧面镀有防反射膜。
3.根据权利要求2所述的光纤耦合装置，其特征在于所述导光锥内部折射率等于光纤纤芯折射率，且大于导光锥外部折射率。
4.根据权利要求3所述的光纤耦合装置，其特征在于所述石英圆柱体、石英梯形圆柱体、导光锥、光纤通过紫外固化黏合剂黏结。
专利摘要本实用新型公开了一种光纤耦合装置，包括金属外管，套接在金属外管一端的石英圆柱体，粘接在石英圆柱体内侧的石英梯形圆柱体，所述石英梯形圆柱体的梯形面为磨砂处理面，粘接在石英梯形圆柱体的小端面的导光锥，粘接在导光锥另一端的光纤，所述导光锥该端直接与光纤直径相同；所述金属外管内套接金属内管，金属外管与金属内管之间设有间隙，所述金属内管末端延伸至靠近金属外管内的石英梯形圆柱体处，且金属内管末端与石英梯形圆柱体之间设有间隙。其结构设计简单，使用方便，可耦合更高功率的激光，耦合效果好；散热性能好，避免出现入射端面损伤。
文档编号G02B6/26GK202502272SQ20122007747
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者尧舜, 曹银花, 王智勇, 谭祺瑞 申请人:北京工业大学