一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，包括如下步骤：第一步：光纤选择。第二步：光纤拉锥。第三步：光纤连接。第四步：透镜耦合。本发明专利技术由于采用大芯径光纤作为空间激光的受体，其接受激光面积更大，可有效降低接受面的激光能量密度，从而可耦合更高的激光能量；激光通过大芯径光纤后，相比于激光空间直接耦合的方式，其激光空间能量分布得到匀化，在耦合进入小芯径光纤时可有效降低端面损耗，提高耦合阈值；大、小芯径光纤通过光纤连接器进行连接，能够便捷地实现对准。同时小芯径光纤可作为消耗件进行替换，在出现损伤时可避免更换整个光路。

A method to improve the coupling efficiency of high power pulsed laser fiber

The invention discloses a method for improving the coupling efficiency of high power pulse laser fiber, which comprises the following steps: the first step: optical fiber selection. Second step: fiber taper. The third step: fiber optic connection. The fourth step: lens coupling. Because the large core diameter fiber is used as the receptor of the space laser, the laser energy density of the receiving surface can be effectively reduced and the laser energy can be coupled effectively. The laser space energy distribution of the laser is even compared with the square formula that is directly coupled to the laser space after the laser is through the large core diameter fiber. When the coupling enters the small core diameter fiber, the end end loss and the coupling threshold can be effectively reduced, and the large and small core fibers are connected through the optical fiber connector, and the alignment can be realized conveniently. At the same time, the small core optical fiber can be replaced as a consumable part, and the whole optical path can be avoided in case of damage.

【技术实现步骤摘要】
一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法
本专利技术涉及一种提高激光传输效率的方法，具体涉及一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，属于激光

技术介绍
激光与物质的相互作用相关技术在微加工、微成型、含能材料的点火起爆等多个行业有广泛应用，尤其脉冲式高功率激光在瞬间(ns甚至更小量级的时间尺度)可作用于物质表面，因此可获得瞬态下的作用效果。目前高功率激光的相关实验光路通常布置在自由空间，但这一光路布局方式带来样品对准难度高、空气环境影响大、易灼伤人体、空间利用率低等问题，而通过光纤来传输激光可有效避免上述问题。然而对于高功率激光，如果使用光纤直接进行耦合，超过GW/cm2的激光功率密度使光纤材料难以承受，尤其在光纤耦合的入射面，光纤往往被烧蚀破坏，无法有效传输激光能量。导致光纤无法有效耦合高功率激光的原因除了光纤本身的材料、工艺以及表面的光洁度等情况外，自由空间传输的激光能量本身的不均匀性造成局部过高的能量密度，也会对光纤造成损伤。且若直接采用小芯径的光纤进行耦合，激光的聚焦能力(即聚焦的焦斑大小)和与光纤的对准也会带来很大的困难，导致难以直接使用小芯径的光纤来直接耦合大功率脉冲激光。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，通过大芯径光纤作为第一级的能量传递，进而耦合进入小芯径光纤，可有效提高光纤的耦合效率和阈值。本专利技术是这样实现的：一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，包括如下步骤：第一步：光纤选择。根据小芯径光纤的芯径(光纤内芯的直径)为标准，选择的大芯径光纤的芯径不超过2倍小芯径光纤的芯径；第二步：光纤拉锥。对大芯径光纤进行拉锥，拉锥的尾端直径应小于小芯径光纤的芯径，防止激光能量泄露造成能量损失和光纤损伤。拉锥时最好满足(r1-r2)/L<0.01为宜。其中r1为大端直径，r2为小端直径，L为拉锥部分的长度，他们的单位相同。第三步：光纤连接。通过连接器将大芯径光纤、小芯径光纤进行连接，两者之间需留0.1mm的间隙，防止相互摩擦造成端面损伤。第四步：透镜耦合。将激光通过透镜聚焦，耦合进入大芯径光纤中。聚焦的光斑面积应不大于大芯径光纤的入射端面积，同时入射时确保为垂直入射，可有效提高耦合效率。第五步：光纤替换。部分试验可直接造成小芯径光纤损伤。该专利技术可直接将小芯径光纤拔出，替换新的光纤。本专利技术通过使用大芯径光纤作为第一级的能量传递。相对于小芯径光纤，大芯径光纤可有效降低光纤入射时的能量密度，从而可接受更高能量耦合进入光纤。同时通过大芯径光纤来达到匀化激光能量的效果，提高耦合阈值。为使激光能量从大芯径光纤传输后能更高效耦合进入小芯径光纤，本专利技术将大芯径光纤出射端做拉锥处理，实现激光光斑面积的有效缩小。缩小后的光斑芯径应小于第二级小芯径光纤的芯径。本专利技术通过光纤连接器实现大小芯径光纤的连接，从而可便捷地实现光纤与光纤之间的定位，避免激光光斑超出光纤芯径范围。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术由于采用大芯径光纤作为空间激光的受体，其接受激光面积更大，可有效降低接受面的激光能量密度，从而可耦合更高的激光能量；(2)激光通过大芯径光纤后，相比于激光空间直接耦合的方式，其激光空间能量分布得到匀化，在耦合进入小芯径光纤时可有效降低端面损耗，提高耦合阈值；(3)大、小新径光纤通过光纤连接器进行连接，能够便捷地实现对准。同时小芯径光纤可作为消耗件进行替换，在出现损伤时可避免更换整个光路。附图说明图1为本专利技术整体工作原理示意图。具体实施方式一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，包括如下步骤：第一步：光纤选择。以光纤2为主来选择光纤1的参数以及拉锥的要求。光纤1的芯径控制在光纤2芯径的2倍以内为宜，否则会造成拉锥的部分过长，加工难度大。第二步：光纤拉锥。光纤1拉锥的尾端直径应小于光纤2的芯径，防止激光能量泄露造成能量损失和光纤损伤。拉锥时最好满足(r1-r2)/L<0.01为宜。其中r1为大端直径，r2为小端直径，L为拉锥部分的长度，单位相同。第三步：光纤连接。通过定制的连接器将光纤1、光纤2进行连接，两者之间需留0.1mm的间隙，防止相互摩擦造成端面损伤。常用的光纤连接器主要适用于平顶光纤的连接，本专利技术由于大芯径光纤尾端已拉锥，因此需要将光纤连接器的一端加工为与拉锥段锥角匹配的插入孔，以保证与另一端小芯径光纤的同心度。第四步：透镜耦合。将激光通过透镜聚焦，耦合进入光纤1中。聚焦的光斑面积应不大于光纤1的入射端面积，同时入射时确保为垂直入射，可有效提高耦合效率。第五步：光纤替换。部分试验可直接造成光纤2损伤。该专利技术可直接将光纤2拔出，替换新的光纤。尽管这里参照本专利技术的解释性实施例对本专利技术进行了描述，上述实施例仅为本专利技术较佳的实施方式，本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：光纤选择：以小芯径光纤的芯径为标准，选择的大芯径光纤的芯径不超过2倍小芯径光纤的芯径；第二步：光纤拉锥：对大芯径光纤进行拉锥，拉锥的尾端直径小于小芯径光纤的芯径，防止激光能量泄露造成能量损失和光纤损伤；第三步：光纤连接：通过连接器将大芯径光纤、小芯径光纤进行连接，两者之间留0.1mm的间隙，防止相互摩擦造成端面损伤。第四步：透镜耦合：将激光通过透镜聚焦，耦合进入大芯径光纤中，聚焦的光斑面积应不大于大芯径光纤的入射端面积，同时入射时确保为垂直入射，有效提高耦合效率。

【技术特征摘要】
1.一种提高高功率脉冲激光光纤耦合效率的方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：光纤选择：以小芯径光纤的芯径为标准，选择的大芯径光纤的芯径不超过2倍小芯径光纤的芯径；第二步：光纤拉锥：对大芯径光纤进行拉锥，拉锥的尾端直径小于小芯径光纤的芯径，防止激光能量泄露造成能量损失和光纤损伤；第三步：光纤连接：通过连接器将大芯径光纤、小芯径光纤进行连接，两者之间留0.1mm的间隙，防止相互摩擦造成端面损伤。第四步：透镜耦合：将激光通过透镜聚焦，耦合进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃文志，王亮，高原，李勇，唐舵，吉祥波，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51