一种用于光谱合束的激光输出头及其制备方法与流程

本发明涉及一种光纤激光领域，具体是一种用于光谱合束的激光输出头。

背景技术：

自半导抽运技术和双包层光纤技术问世以来，光纤激光技术发展迅速，已广泛应用于民用和国防领域。随着光纤激光技术的不断发展，光纤激光器输出的功率越来越高，但是受到光纤非线性效应、热效应和模式不稳定效应，进一步提升单纤输出激光功率面临极大挑战。若要获得更高功率水平，则需要采用多单元光束合束方式实现。

基于多层电介质衍射光栅(mld)的光谱合束设计相对简单，对单元光束控制要求较低，不需要进行相位控制，系统稳定性好，同时又能实现衍射极限的光束质量，是光纤激光器实现高功率、高光束质量激光输出的较好选择。具体做法是将两块参数完全相同的mld光栅平行放置，n路中心波长为λ1λ2λ3...λn窄线宽光纤激光准直后等间隔平行入射到第一块mld光栅上，经过第一块mld光栅的色散n路光束的1级衍射光束入射到第二块mld光栅的相同位置上而产生重叠，而经过第二块mld光栅的衍射后的n路输出光束具有相同的出射角度，即可实现多路光束的同方向输出，从而达到多路光束的光谱合束。

传统的准直器的单元体积较大，组成的激光阵列光谱合束系统体积很大，光束容易抖动，不能应用于实际工业生产；并且限制了合成子路数的增加，不能实现阵列规模的拓展，限制了总输出功率的提升，人们也在进行相关方面的研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于光谱合束的激光输出头，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于光谱合束的激光输出头，包括光纤阵列、冷却水导管、导管和准直透镜，所述光纤阵列与端帽熔接，端帽安装在导管内并且固化，光纤阵列的尾纤处采用密封件封堵并且光纤阵列密封在导管内，导管固定在镜筒内并且导管与镜筒的连接处密封，冷却水导管套设在导管的外部并且冷却水导管与导管的连接处密封，冷却水导管上设置有进水孔和出水孔，准直透镜固定在镜筒内。

作为本发明进一步的方案：光纤阵列包括第一开槽、第二开槽、第一盖板、第二盖板、底板和光纤，所述第一开槽和第二开槽均固定在底板上，光纤依次排列在第一开槽和第二开槽中，每根光纤均平行设置并且每根光纤的输出端位于同一平面内，相邻光纤之间的涂覆层紧密相切，第一盖板压紧在第一开槽上端并且采用胶水固化，第二盖板压紧在第二开槽上端并且采用胶水固化。

作为本发明进一步的方案：第一开槽和第二开槽均采用v形槽，确保每根光纤与第一开槽和第二开槽的两侧相切，不易滚动，便于固化。

作为本发明进一步的方案：端帽采用石英材质制作，材料易得，便于熔接，导管采用铜材质制作，价格低廉，使用效果好。

作为本发明进一步的方案：光纤阵列的尾纤套入保护层内，保护层固定在冷却水导管内，可以对尾纤进行保护。

作为本发明进一步的方案：准直透镜采用压圈固定在镜筒内，连接效果好，不易脱落。

作为本发明进一步的方案：导管的外径为6mm，体积小，密封件采用阵列孔径为550μm的密封堵头，可以将尾纤牢牢密封，保证整个装置的运行。

作为本发明进一步的方案：光纤阵列通过二氧化碳熔接机或者大芯径三电极熔接机与端帽熔接在一起，技术成熟，方便加工。

所述用于光谱合束的激光输出头的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将光纤阵列与端帽熔接在一起，将光纤阵列去除包覆层并且浸泡在酒精中，用超声波将裸露出来的光纤阵列清洗干净；

步骤二，将熔接后的端帽固定在导管内并且采用胶水固化，采用密封件封住光纤阵列的尾纤，将去除包覆层后的光纤阵列密封在导管内，将导管固定在镜筒内并且导管与镜筒的接触位置采用胶水密封，安装冷却水导管，导管与冷却水导管的接触处采用胶水密封，此时冷却水从进水孔流入，可以进行散热，冷却水从出水孔流出；

步骤三，将准直透镜安装在镜筒内即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本产品设计合理，通过将多束具有激光传能作用的光纤阵列与一个端帽熔接，可以减小光纤端面的功率密度，承受更高的激光功率；

本产品的端帽输出端安装有特制的准直透镜，可以获得多光路准直输出，由于光纤束紧密排列，使得器件整体结构紧促，节约了空间，便于阵列规模拓展，可以获得更高激光功率的合束输出，提高了光束合成的实用性。

附图说明

图1为用于光谱合束的激光输出头中光纤阵列的立体图。

图2为用于光谱合束的激光输出头的剖视图。

图3为用于光谱合束的激光输出头中制作完毕的光纤阵列的结构示意图。

图4为用于光谱合束的激光输出头中熔接了端帽的光纤阵列的立体图。

图5为用于光谱合束的激光输出头中熔接了端帽的光纤阵列的正视图。

图6为用于光谱合束的激光输出头中双mld色散补偿的光谱合束原理图。

其中：1-第一开槽，2-第二开槽，3-第一盖板，4-第二盖板，5-底板，6-保护层，7-进水孔，8-出水孔，9-冷却水导管，10-密封件，11-光纤阵列，12-导管，13-端帽，14-准直透镜，15-压圈，16-镜筒。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种用于光谱合束的激光输出头，包括光纤阵列11、冷却水导管9、导管12和准直透镜14，所述光纤阵列11与端帽13熔接，端帽13安装在导管12内并且采用胶水固化，光纤阵列11的尾纤处采用密封件10封堵并且光纤阵列11密封在导管12内，导管12固定在镜筒16内并且导管12与镜筒16的连接处密封，冷却水导管9套设在导管12的外部并且冷却水导管9与导管12的连接处密封，冷却水导管9上设置有进水孔7和出水孔8，准直透镜14固定在镜筒16内，整个装置的体积可以大大减小。

端帽13采用石英材质制作，材料易得，便于熔接，导管12采用铜材质制作，价格低廉，使用效果好。

光纤阵列11的尾纤套入保护层6内，保护层6固定在冷却水导管9内，可以对尾纤进行保护。

导管12的外径为6mm，体积小，密封件10采用阵列孔径为550μm的密封堵头，可以将尾纤牢牢密封，保证整个装置的运行。

所述用于光谱合束的激光输出头的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，将光纤阵列11与石英制作的端帽13熔接在一起，将光纤阵列11去除包覆层并且浸泡在酒精中，用超声波将裸露出来的光纤阵列11清洗干净；

步骤二，将熔接后的端帽13固定在导管12内并且采用胶水固化，采用多个阵列孔径为550μm的密封堵头封住光纤阵列11的尾纤，将去除包覆层后的光纤阵列11密封在外径为6mm的导管12内，将导管12固定在镜筒16内并且导管12与镜筒16的接触位置采用胶水密封，安装冷却水导管9，导管12与冷却水导管9的接触处采用胶水密封，此时冷却水从进水孔7流入，可以进行散热，冷却水从出水孔8流出，将光纤阵列11的尾纤套入保护层6内，保护层6采用顶丝固定在冷却水导管9内，可以对尾纤进行保护；

步骤三，将准直透镜14安装在镜筒16内即可。

实施例2

一种用于光谱合束的激光输出头，光纤阵列11、冷却水导管9、导管12和准直透镜14，所述光纤阵列11与端帽13熔接，端帽13安装在导管12内并且采用胶水固化，光纤阵列11的尾纤处采用密封件10封堵并且光纤阵列11密封在导管12内，导管12固定在镜筒16内并且导管12与镜筒16的连接处密封，冷却水导管9套设在导管12的外部并且冷却水导管9与导管12的连接处密封，冷却水导管9上设置有进水孔7和出水孔8，准直透镜14固定在镜筒16内，光纤阵列11包括第一开槽1、第二开槽2、第一盖板3、第二盖板4、底板5和光纤，所述第一开槽1和第二开槽2均固定在底板5上，光纤依次排列在第一开槽1和第二开槽2中，每根光纤均平行设置并且每根光纤的输出端位于同一平面内，相邻光纤之间的涂覆层紧密相切，第一盖板3压紧在第一开槽1上端并且采用胶水固化，第二盖板4压紧在第二开槽2上端并且采用胶水固化。

第一开槽1和第二开槽2均采用v形槽，确保每根光纤与第一开槽1和第二开槽2的两侧相切，不易滚动，便于固化。

准直透镜14采用压圈15固定在镜筒16内，连接效果好，不易脱落。

光纤阵列11通过二氧化碳熔接机或者大芯径三电极熔接机与端帽13熔接在一起，技术成熟，方便加工。

所述用于光谱合束的激光输出头的制备方法，具体步骤如下：

步骤一，取多根光纤，采用光纤剥线钳或者刀片剥除每根光纤的一截涂覆层，用超声波清洗干净，使用切割刀切平，用紫外胶将第一开槽1和第二开槽2固定在底板5上，第一开槽1和第二开槽2均采用v形槽，确保第一开槽1和第二开槽2的v形阵列严格对齐，在显微镜下，将光纤去除涂覆层的区域依次排列在第一开槽1和第二开槽2中，确保每根光纤与第一开槽1和第二开槽2的两侧相切；相邻光纤的涂覆层紧密相切；保持各路光纤严格平行，且输出端在同一平面内，然后将第一盖板3和第二盖板4分别放置于第一开槽1和第二开槽2上，压紧，用uv灯照射使胶水固化，再将去掉包覆层的光纤抛光，形成光纤阵列11，将光纤阵列11与端帽13熔接在一起，将底板5与第一开槽1的粘接处以及底板5与第二开槽2的粘接处浸泡在酒精中，使得底板5分别与第一开槽1和第二开槽2分离，将第二盖板4和第二开槽2的粘接处浸泡在酒精中，使得第二盖板4和第二开槽2均与光纤分离，用超声波将裸露出来的光纤阵列11清洗干净；

步骤二，将端帽13采用二氧化碳熔接机与光纤阵列11熔接，将熔接后的端帽13固定在导管12内并且采用胶水固化，采用密封件10封住光纤阵列11的尾纤，将去除包覆层后的光纤阵列11密封在导管12内，将导管12固定在镜筒16内并且导管12与镜筒16的接触位置采用胶水密封，安装冷却水导管9，导管12与冷却水导管9的接触处采用胶水密封，此时冷却水从进水孔7流入，可以进行散热，冷却水从出水孔8流出；

步骤三，将准直透镜14采用压圈15安装在镜筒16内即可得到成品，该成品光纤束紧密排列，结构紧凑，节约了空间，提高了光束合成的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。