一种带包层模式剥离的激光传输光纤的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带包层模式剥离功能的激光传输光纤，包括裸光纤、液态金属层和保护套管，其中，裸光纤包括纤芯和包覆于纤芯外的包层，保护套管套于裸光纤外，液态金属层位于裸光纤与保护套管之间。该激光传输光纤能够及时将泄露至包层的激光剥离，避免热量集中，同时液态金属的散热性好，使得激光传输光纤不易损坏，提高了激光传输光纤的使用寿命，可以广泛用于需要传输高功率激光领域，例如激光加工。
【专利说明】
一种带包层模式剥离的激光传输光纤
技术领域
[0001 ]本发明属于激光技术领域，涉及一种激光传输光纤。
【背景技术】
[0002]随着激光技术的不断发展，各种新型高功率激光器与激光加工设备不断涌现，更多的激光加工设备采用光纤传输激光的方式来取代传统的镜片反射光传输方式。激光柔性传输是激光加工设备的发展趋势。
[0003]传统的激光传输光纤结构包括纤芯、包层和涂覆层，涂覆层的材料一般为聚合物。在高功率激光耦合进入传输光纤时，由于光学耦合系统没有调整到位或由于光纤过度弯曲，都会使光纤纤芯中传输的激光进入光纤包层，使热量在包层和涂覆层界面处积累，从而使涂覆层烧毁，并进而烧毁包层和光纤纤芯。为防止此情况发生，在传输高功率激光时，一般在高功率传输光纤的两端，长度为5厘米到20厘米，会去除一定长度的涂覆层，取而代之的是一定厚度的高折射率胶，高折射率胶折射率大于光纤包层石英折射率，形成光纤包层模式剥离器，来消除有害的包层光。
[0004]然而，这种情况下，热量会在高折射率胶处积累，高折射率胶常期工作在较高温度下，其性质会发生改变，影响整个激光传输光纤的性能，甚至烧毁光纤涂覆层。另外，光纤在中间部分弯曲时，仍有可能使纤芯的激光，传输到包层中，导致光纤烧毁。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决上述【背景技术】存在的不足，提供了一种带包层模式剥离的激光传输光纤，旨在解决由于激光进入包层后热量在包层与涂覆层之间积累导致光纤烧毁的问题，本发明中激光传输光纤可用于千瓦级别以上激光功率传输。
[0006]为达到上述目的，本发明提供了一种带包层模式剥离的激光传输光纤，激光传输光纤包括裸光纤、液态金属层和保护套管。
[0007]裸光纤，包括纤芯和包覆于纤芯外的包层，用于传输光信号，并使光信号约束在纤芯中传输。
[0008]保护套管，套于裸光纤外，用于保护裸光纤以及散热。
[0009]液态金属层，用于剥离泄露至包层的激光以及散热，液态金属层位于保护套管于包层之间。
[0010]进一步地，激光传输光纤还包括位于保护套管两端的密封部件，密封部件与保护套管和裸光纤密封配合，用于同裸光纤和保护套管形成密闭空间，防止液态金属层流失。[0011 ]进一步地，激光传输光纤还包括位于激光传输光纤输入端的光纤端帽，用于保护光纤端面，降低光纤端面的功率密度，便于固定和夹持光纤。
[0012]进一步地，激光传输光纤还包括带主动冷却的封装装置，保护套筒位于带主动冷却的封装装置内部，用于冷却保护套筒。
[0013]进一步地，裸光纤截面形状为方形、圆形或八角形，可用作不同领域的高功率激光传输。
[0014]进一步地，液态金属为常温下为液态的萊、镓或镓铟锡合金。
[0015]进一步地，密封部件的材料为耐高温的紫外固化胶或金属锡。
[0016]进一步地，保护套管的材料为金属铜，更利于散热。
[0017]通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，取得以下有益效果:
[0018](I)本发明中激光传输光纤包含液态金属层，液态金属层能够对进入包层的激光逐渐剥离，形成包层模式剥离器，避免热量集中；其次，液态金属层对包层中不同角度的激光具有不同的吸收率，避免热量集中；另外，由于液态金属层包覆整根裸光纤，在整根激光传输光纤形成包层模式剥离，对于包层中任何位置的激光能够及时剥离，避免热量集中。
[0019](2)液态金属沸点高，导热性能好，有利于激光传输方向上的均匀传热，不形成热累积效应;液态金属材料在吸收包层光热量后，能有效地把热量传递至铜管，而铜管上的热量可以通过主动冷却或者被动冷却散去。
[0020](3)这种激光传输光纤能够及时有效地剥离包层中不期望的激光，避免热量集中，同时能够忍受高温，还能够将热量迅速扩散的，使得激光传输光纤不易损坏，提高了激光传输光纤的使用寿命，可以广泛用于需要传输高功率激光领域，例如激光加工。
【附图说明】
[0021 ]图1是激光传输光纤的主视图；
[0022]图2是激光传输光纤的侧视图；
[0023]图3是激光传输光纤包层模式剥离的原理图；
[0024]其中，I为纤芯;2为包层;3为保护套筒;4为密封部件;5为液态金属层。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]如图1所示，裸光纤包括纤芯I和包覆于纤芯外的包层2，用于传播激光同时将激光约束于纤芯内，本实施例裸光纤中的纤芯与包层的材料可以为现有光纤材料的任何一种，例如石英或者掺杂的石英材料，包层折射率小于纤芯的折射率，裸光纤截面形状可以为现有裸光纤形状的任何一种，例如圆形、方形或八角形，可用作各种领域的高功率激光传输光纤。
[0027]保护套筒3套于裸光纤外面，保护套筒3用于保护裸光纤不受外界环境的破坏，同时用于与液态金属层进行热交换，为了证保护套管有较好的弯曲与柔韧性，壁厚选择为200微米至500微米。由于铜较优的导热性，本实施例中保护套筒材料选择为金属铜材。
[0028]密封部件4位于保护套筒3两端，与裸光纤和保护套筒3密封配合，选择耐高温且导热性好的密封材料，如紫外固化胶、金属锡等。
[0029]液态金属层5位于由裸光纤、保护套筒3和密封部件4形成的密封空间内。液态金属层太薄，会导致激光透射过液态金属层，而液态金属层太厚，会导致无法及时散热，所以液态金属涂层4厚度选择在几十微米到几百微米。
[0030]如图2所示，纤芯I截面为圆形，包层2、保护套筒3以及密封部件4截面均为环形。
[0031]如图3所示，当某一角度的激光进入包层时，包层光每次在进入包层与液态金属层界面时，有部分激光被吸收，剩下的激光被反射，激光在经过几次反射后强度变弱，进入包层的激光被逐渐剥离出来，在不同点被逐渐吸收，液态金属层上不易产生局部过热情况；由于液态金属层对不同角度的激光有不同的折射率，吸收率随着角度不同而不同，这样也可以使液态金属层上不易产生局部过热情况。
[0032]进一步，液态金属层包覆于整根裸光纤，在整根激光传输光纤上形成包层模式剥离，可以有效剥离在激光束进入激光传输光纤时由于对准误差、光束质量不匹配等原因而进入包层的激光，也可以有效剥离由于激光传输光纤的中部过度弯曲而进入包层的激光，还可以剥离由加工工件的反射而进入包层中的激光，这种在整根激光传输光纤上及时有效的剥离进入包层的不期望光能够保证传输光纤不易被烧毁。
[0033]另外，由于保护套管在激光束传播方向包围液态金属层，与液态金属层有较大的接触面积，有利于散热，且液态金属导热性较好，热量不易于在一处集中，保证传输光纤不易被烧毁。
[0034]这种激光传输光纤不仅能够及时有效地剥离包层中不期望光，还能够忍受高温并将热量迅速扩散的，提高了激光传输光纤的使用寿命，可以广泛用于需要传输高功率激光领域，例如激光加工。
[0035]本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种带包层模式剥离的激光传输光纤，其特征在于，包括裸光纤、液态金属层和保护套管，其中，裸光纤包括纤芯和包覆于纤芯外的包层，保护套管套于裸光纤外，液态金属层位于由裸光纤和保护套管之间。2.根据权利要求1所述的激光传输光纤，其特征在于，还包括位于保护套管两端的密封部件，所述密封部件与保护套管和裸光纤密封配合。3.根据权利要求1所述的激光传输光纤，其特征在于，还包括位于激光传输光纤输入端的光纤端帽。4.根据权利要求1所述的激光传输光纤，其特征在于，还包括带主动冷却的封装装置，所述保护套筒位于所述带主动冷却的封装装置内部。5.根据权利要求1-4任一项所述的激光传输光纤，其特征在于，所述裸光纤截面形状为方形、圆形或八角形。6.根据权利要求1-4任一项所述的激光传输光纤，其特征在于，所述液态金属为萊、镓或镓铟锡合金。7.根据权利要求1-4任一项所述的激光传输光纤，其特征在于，所述密封部件的材料为紫外固化胶或金属锡。8.根据权利要求1-4任一项所述的激光传输光纤，其特征在于，所述保护套管材料为金属铜。
【文档编号】G02B6/44GK106054332SQ201610572817
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】朱晓, 朱琛, 王嘉宇, 王海林, 朱广志, 朱长虹, 齐丽君
【申请人】华中科技大学