一种光纤端帽及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种光纤端帽及其制作方法，光纤端帽包括：双包层光纤；无芯光纤，由纯石英制成，所述无芯光纤的一端与所述双包层光纤的一端熔接；石英管，套设于所述无芯光纤上，所述无芯光纤与所述石英管熔缩；其中，所述无芯光纤的一端位于所述石英管外，所述石英管的另一端与所述无芯光纤的另一端平齐，本发明专利技术中石英管与无芯光纤熔缩，增大了激光从光纤输出的面积，极大地减小了输出面上的激光功率密度，使得更高功率的激光传输成为可能，同时熔缩面不需要直接面对热源，提高了光纤与石英管的熔缩质量。

An Optical Fiber Endcap and Its Fabrication Method

The invention provides an optical fiber end cap and a manufacturing method thereof. The optical fiber end cap includes: double clad optical fiber; coreless optical fiber, made of pure quartz, one end of the coreless optical fiber is fused with one end of the double clad optical fiber; quartz tube is sleeved on the coreless optical fiber, and the coreless optical fiber and the quartz tube are fused; and one end of the coreless optical fiber is located in the quartz tube. In addition, the other end of the quartz tube and the other end of the coreless optical fiber are even. The fused quartz tube and the coreless optical fiber in the present invention increase the area of laser output from the optical fiber, greatly reduce the laser power density on the output surface, make it possible for higher power laser transmission. At the same time, the fused surface does not need to face directly to the heat source, and improve the melting quality of the optical fiber and the quartz tube. Quantity.

【技术实现步骤摘要】
一种光纤端帽及其制作方法
本专利技术涉及光纤
，尤其涉及一种光纤端帽及其制作方法。
技术介绍
近几年来，大功率光纤激光器成为激光领域关注的焦点，由于具有高光功率密度、较好的光束质量、使用方便、灵活等特点，已经广泛应用于工业加工、医疗器械、国防等领域。高功率激光器配备高功率传能光缆，其传输光束质量优、光功率密度大，通过传能光缆可以将激光进行传输到需要的地方，使得激光应用变得更加灵活。近年来，光纤激光器的输出功率不断提升，对激光能量传输也提出了新的要求，由于光纤芯径很小，传输高功率激光时容易在光纤出射端面形成很高的功率密度，任何细小的端面污染和加工缺陷都可能引起光纤端面的损伤。常见的解决的方法是在光纤端面上熔接大直径的石英端帽。光纤端帽实际是在光纤的输出面熔接的一个较大的石英块，同时在石英块输出面进行增透膜处理，实现大功率光纤激光的安全输出。由于石英块和光纤在尺寸上的巨大差异，二者的熔接一直是研制光纤端帽的一个难题。传统的光纤端帽制备工艺是将光纤与一段石英块熔接在一起，由于石英块和光纤在尺寸上的巨大差异，二者的熔接一直是研制光纤端帽的一个难题，熔接过程很容易导致光纤与石英块端面熔接不均匀以及缺陷。由于光纤纤芯面积小，从而光在光纤与石英块接触面上的光功率密度非常高，而熔接工艺方面的不完善通常会导致微小缺陷，从而带来损耗，甚至因此产生大量的热量而发生损坏。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种光纤端帽，通过将双包层光纤与无芯光纤熔接，再将石英管套设于无芯光纤上，使石英管的内壁与无芯光纤的外壁熔缩，增大了激光从光纤输出的面积，极大地减小了输出面上的激光功率密度，同时熔缩面不需要直接面对热源，提高了光纤与石英管的熔缩质量，解决了现有技术中由于石英块和光纤在尺寸上的巨大差异造成的难以熔接的难题。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种光纤端帽，包括：双包层光纤；无芯光纤，由纯石英制成，所述无芯光纤的一端与所述双包层光纤的一端熔接；石英管，套设于所述无芯光纤上，所述无芯光纤与所述石英管熔缩；其中，所述无芯光纤的一端位于所述石英管外，所述石英管上与所述双包层光纤靠近的一端与所述无芯光纤的一端之间的轴向距离Lw满足所述石英管的另一端与所述无芯光纤的另一端平齐，所述石英管的总长度L满足L＝(Dp-Dc)/(2tanβ)-Lw，其中，Dc为所述双包层光纤的纤芯直径，Dp为所述光纤端帽输出端的光斑直径，Dw为所述无芯光纤的直径，Di为所述石英管的内径，传播常数n1，n2分别为所述双包层光纤的纤芯折射率和内包层折射率。优选地，所述双包层光纤的包层直径与所述无芯光纤的直径之间满足Dw≥Ds，其中Ds为所述双包层光纤的包层直径。优选地，所述石英管包括同轴设置的中空圆台段和中空圆柱段，所述中空圆台段的细端靠近所述无芯光纤的一端，所述中空圆台段的粗端与所述中空圆柱段的一端连接，所述中空圆柱段的另一端与所述石英管的一端平齐。优选地，所述中空圆台段的细端外径Dts满足：10Dw＞Dts＞2Dw，所述中空圆台段的粗端外径与所述中空圆柱段的外径相同。优选地，所述中空圆柱段的外径Dys满足：Dys＞3Dp。优选地，所述中空圆柱段的内径和所述中空圆台段的内径均为Di，满足：Di-Dw＜500μm。本专利技术还提供了一种光纤端帽的制作方法，所述方法包括：在无芯光纤的一端熔接双包层光纤；将石英管套设于所述无芯光纤上，使所述无芯光纤的一端位于所述石英管外，所述石英管靠近所述双包层光纤的一端与所述无芯光纤的一端之间的轴向距离Lw满足所述石英管的另一端与所述无芯光纤的另一端平齐，形成端帽输出端面，所述石英管的总长度L满足L＝(Dp-Dc)/(2tanβ)-Lw，其中，Dc为所述双包层光纤的纤芯直径，Dp为所述光纤端帽输出端的光斑直径，Dw为所述无芯光纤的直径，Di为所述石英管的内径，传播常数n1，n2分别为所述双包层光纤的纤芯折射率和内包层折射率；将所述石英管与所述无芯光纤熔缩，并在所述端帽输出端面镀上增透膜。优选地，所述将所述石英管与所述无芯光纤熔缩的步骤具体为：首先将夹具夹持在所述石英管的一端，且固定所述无芯光纤与所述石英管的相对位置；采用热源对所述石英管的另一端进行高温熔缩，往复移动热源，对所述石英管进行加热，热源移动速度为20-90mm/min，加热温度为1900-2300℃，同时所述石英管和所述双包层光纤以及所述无芯光纤以15-90rad/min转速同步旋转，熔缩完成后，停止加热；再将夹具夹持在石英管已完成熔缩区域，最后采用热源对所述石英管未完成熔缩的区域进行熔缩，熔缩完成后，停止加热。优选地，所述热源为氢氧焰或CO2激光。优选地，所述将所述石英管与所述无芯光纤熔缩的步骤具体为：采用夹具将所述石英管的一端或两端夹持，且固定所述无芯光纤与所述石英管的相对位置；将加热炉套设在所述石英管外，所述加热炉与所述石英管之间的周向间隙充满保护气体，所述保护气体为惰性气体；启动加热炉对所述石英管中段进行高温熔缩，加热温度为1900-2300℃，直至所述石英管的中段与所述无芯光纤熔合完成，停止加热；再将夹具夹持在所述石英管上已熔缩完成的区域，对所述石英管未熔缩的部分进行熔缩，加热温度为1900-2300℃，使所述无芯光纤与所述石英管熔合后停止加热。本专利技术的有益效果：本专利技术将双包层光纤与无芯光纤熔接，再将无芯光纤与石英管熔缩在一起，首先利用光纤之间熔接的成熟工艺和方法，实现双包层光纤与无芯光纤的高质量熔接。光从双包层光纤进入无芯光纤后，首先会发生能量扩展，即其光功率密度下降。更重要的，双包层光纤与无芯光纤熔接制作端帽时，需要先将两者熔接，使得激光先在无芯光纤进行扩展。无芯光纤采用纯石英，其折射率与石英管相同。从而当激光进入无芯光纤后，再进一步扩展到石英管中。当光扩展到达无芯光纤表面时，其即将进入到石英管中，此时，无芯光纤侧面与石英管内壁的熔缩质量将影响到光的传输损耗并产生热效应。由于光到达无芯光纤侧面时，其能量场已经扩展到了整个无芯光纤横截面，即其在横截面的光功率密度相比于双包层光纤的光功率密度已经下降很多，因而无芯光纤侧面的光功率密度也较低，可以有效避免光在无芯光纤侧面产生强的热效应。进一步的，由于无芯光纤侧面面积远大于其端面面积，因而，其侧面输出的激光功率密度远小于端面输出时的激光功率密度，从而可有效避免激光对熔接困难。并且由于采用熔缩的方法将无芯光纤与石英管熔合在一起，其热源先经石英管再传到无芯光纤，熔接面无需直接面对热源，这样能够使熔接面的温度场更为均匀，从而提高了熔接质量。附图说明图1为根据本专利技术实施例的一种光纤端帽的结构示意图一。图2为根据本专利技术实施例的一种光纤端帽的结构示意图二。图3为根据本专利技术实施例中采用氢氧焰对石英管与无芯光纤进行熔缩的示意图。图4为根据本专利技术实施例的采用加热炉对石英管与无芯光纤进行熔缩的示意图附图标记：1-双包层光纤；2-无芯光纤；3-石英管；4-中空圆台段；5-中空圆柱段；6-氢氧焰，7-夹具；8-加热炉。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤端帽，其特征在于，包括：双包层光纤；无芯光纤，由纯石英制成，所述无芯光纤的一端与所述双包层光纤的一端熔接；石英管，套设于所述无芯光纤上，所述无芯光纤与所述石英管熔缩；其中，所述无芯光纤的一端位于所述石英管外，所述石英管上与所述双包层光纤靠近的一端与所述无芯光纤的一端之间的轴向距离Lw满足

【技术特征摘要】
1.一种光纤端帽，其特征在于，包括：双包层光纤；无芯光纤，由纯石英制成，所述无芯光纤的一端与所述双包层光纤的一端熔接；石英管，套设于所述无芯光纤上，所述无芯光纤与所述石英管熔缩；其中，所述无芯光纤的一端位于所述石英管外，所述石英管上与所述双包层光纤靠近的一端与所述无芯光纤的一端之间的轴向距离Lw满足所述石英管的另一端与所述无芯光纤的另一端平齐，所述石英管的总长度L满足L＝(Dp-Dc)/(2tanβ)-Lw，其中，Dc为所述双包层光纤的纤芯直径，Dp为所述光纤端帽输出端的光斑直径，Dw为所述无芯光纤的直径，Di为所述石英管的内径，传播常数n1，n2分别为所述双包层光纤的纤芯折射率和内包层折射率。2.根据权利要求1所述的光纤端帽，其特征在于，所述双包层光纤的包层直径与所述无芯光纤的直径之间满足Dw≥Ds，其中Ds为所述双包层光纤的包层直径。3.根据权利要求1所述的光纤端帽，其特征在于，所述石英管包括同轴设置的中空圆台段和中空圆柱段，所述中空圆台段的细端靠近所述无芯光纤的一端，所述中空圆台段的粗端与所述中空圆柱段的一端连接，所述中空圆柱段的另一端与所述石英管的一端平齐。4.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述中空圆台段的细端外径Dts满足：10Dw＞Dts＞2Dw，所述中空圆台段的粗端外径与所述中空圆柱段的外径相同。5.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述中空圆柱段的外径Dys满足：Dys＞3Dp。6.根据权利要求3所述的光纤端帽，其特征在于，所述中空圆柱段的内径和所述中空圆台段的内径均为Di，满足：Di-Dw<500μm。7.一种光纤端帽的制作方法，其特征在于，所述方法包括：在无芯光纤的一端熔接双包层光纤；将石英管套设于所述无芯光纤上，使所述无芯光纤的一端位于所述石英管外，所述石英管靠近所述双包层光纤的一端与所述无芯光纤的一端之间的轴向距...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明阳，苏鹏，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32