一种带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，包括双包层光纤输出尾纤、玻璃光纤端帽及其夹具、准直透镜及封装装置和水冷循环组件；玻璃光纤端帽及其夹具包括玻璃光纤端帽和端帽夹具，准直透镜及封装装置包括准直透镜和准直透镜封装夹具；双包层输出光纤尾纤的尾纤纤芯与玻璃光纤端帽通过熔接进行连接，端帽夹具和准直透镜及封装装置中的准直透镜封装夹具通过螺纹进行连接，利用准直透镜实现对包层光的滤除；水冷循环组件与准直透镜封装夹具连接用来对准直透镜进行冷却。本发明专利技术能够消除包层光影响，提高功率处理能力，提高光纤激光输出效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到光纤激光器领域，特指一种带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统。
技术介绍
光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、易散热、工作稳定性好等优点，已经广泛应用于工业和国防领域。根据这些应用的需要，人们对于光纤激光器输出功率的追求也越来越高。近些年来，随着双包层光纤泵浦技术的成熟和光纤制造工艺的改进，光纤激光器的输出功率也不断提升，单模光纤激光器的输出功率已经突破10KW，对于相关器件所承受的功率水平也提出了更高的要求。光纤准直器是光纤激光器输出所必须的基本光学元件。它可以将光纤内的传输激光转化为空间中传播的准直光（近似平行光），从而方便光纤激光的空间耦合以及远距离传输等。在很多光无源器件中，如光隔离器、滤波器等，都需要用到光纤准直器。对于大功率光纤激光器的输出光纤准直器，除了一般应用条件下的要求外，还要求光纤准直器能够承受很高的输出功率。同时，由于现在大功率光纤激光器及放大器普遍采用的双包层光纤泵浦技术存在着输出光纤中残留包层光的情况，需要在使用中排除包层光的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够消除包层光影响、提高功率处理能力、提高光纤激光输出效率的带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，包括双包层光纤输出尾纤、玻璃光纤端帽及其夹具、准直透镜及封装装置和水冷循环组件；所述玻璃光纤端帽及其夹具包括玻璃光纤端帽和端帽夹具，所述准直透镜及封装装置包括准直透镜和准直透镜封装夹具；所述双包层输出光纤尾纤的尾纤纤芯与玻璃光纤端帽通过熔接进行连接，所述端帽夹具和准直透镜及封装装置中的准直透镜封装夹具通过螺纹进行连接，利用所述准直透镜实现对包层光的滤除；所述水冷循环组件与准直透镜封装夹具连接用来对准直透镜进行冷却。作为本专利技术的进一步改进：所述双包层光纤输出尾纤和玻璃光纤端帽用具有导热性的胶水封装在端帽夹具里面。作为本专利技术的进一步改进：所述准直透镜封装夹具31的内表面涂覆一层高折射率的吸收材料形成高折射率吸收材料层。作为本专利技术的进一步改进：所述水冷循环组件包括进水口、内循环通道、外循环通道和出水口，所述水冷外循环通道与准直透镜封装夹具连接，冷却水从所述进水口进入内循环通道，对准直透镜封装夹具进行水冷处理，然后进入所述外循环通道，最后从所述出水口排出。作为本专利技术的进一步改进：所述水冷外循环通道与准直透镜封装夹具通过螺纹和具有导热性的胶水进行连接。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，在双包层光纤输出尾纤增加了玻璃光纤端帽，提高了光纤激光输出效率和可承受功率。2、本专利技术的带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，增加了包层光滤除功能，使得这种光纤准直器能够适用于带包层光的光纤激光器及放大器。3、本专利技术的带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，采用空间滤除包层光，增大了包层光滤除的面积，提高了包层光滤除能力。4、本专利技术的带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，增加了光纤准直器的水冷组件，提高了准直透镜处理大功率激光的能力。附图说明图1是本专利技术的总体结构示意图。图2是本专利技术在具体应用实例中双包层光纤输出端帽结构示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中玻璃光纤端帽中光传播原理示意图。图4是本专利技术在具体应用实例中光纤准直器中光传播原理示意图。图5是本专利技术在具体应用实例中水冷循环组件结构示意图。图例说明：11、尾纤纤芯；14、纤芯信号光；15、包层泵浦光；21、玻璃光纤端帽；22、出射面；23、端帽夹具；31、准直透镜封装夹具；32、高折射率吸收材料层；33、准直透镜；41、水冷外循环通道；42、连接点；43、进水口；44、内循环通道；45、外循环通道；46、出水口。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，包括双包层光纤输出尾纤、玻璃光纤端帽及其夹具、准直透镜及封装装置和水冷循环组件。双包层光纤前级不需要做特殊处理，可以直接与双包层输出光纤尾纤相连。玻璃光纤端帽及其夹具包括玻璃光纤端帽21和端帽夹具23，准直透镜及封装装置包括准直透镜33和准直透镜封装夹具31；双包层输出光纤尾纤的尾纤纤芯11与玻璃光纤端帽21通过熔接进行连接，双包层光纤输出尾纤1和玻璃光纤端帽21都用导热良好的胶水封装在端帽夹具23里面；端帽夹具23和准直透镜及封装装置中的准直透镜封装夹具31通过螺纹进行连接，利用准直透镜33实现对包层光的滤除；水冷循环组件中的水冷外循环通道45与准直透镜封装夹具31通过螺纹和导热良好的胶水进行连接，用来对准直透镜33进行冷却。如图2所示，为本专利技术在具体应用实例中玻璃光纤端帽及其夹具的结构示意图。首先，将双包层光纤输出尾纤剥除涂覆层，清洁处理之后切割输出端面。利用端帽熔接系统将清洁后的玻璃光纤端帽21熔接到双包层光纤输出尾纤上。最后，将双包层光纤输出尾纤和玻璃光纤端帽21一起封装在端帽夹具23中。在封装的过程中采用导热良好的胶水，同时必须保证尾纤的封装区域涂覆层没有破坏。参见图2，其中给出了双包层光纤中纤芯信号光14和包层泵浦光15的传播路径。当两种光从双包层光纤进入到玻璃光纤端帽21中以后，由于二者原有的波导结构都已经破坏，将在玻璃光纤端帽21中按各自的数值孔径发散。纤芯信号光14的数值孔径一般为NA=0.06，对应空间发散角为θ≈0.06；包层泵浦光15的数值孔径一般为NA=0.46，对应空间发散角为θ≈0.46。由于二者发散角存在很大的差异，在空间传播过程中很容易分开。如图3所示，为在具体应用实例中玻璃光纤端帽21内光传播的原理示意图。以纤芯信号光14为例，采用高斯光束模型，由于玻璃光纤端帽21折射率与双包层光纤内包层材料折射率一致，因而与纤芯折射率材料的差异很小，这就使得信号光从双包层光纤输出尾纤的尾纤纤芯11进入到玻璃光纤端帽21的过程中反射损耗很小（图中A点）。当光进入到玻璃光纤端帽21中以后，由于原有波导结构不复存在，光将沿着传播方向逐渐发散，如图中曲线所示(靠近A点的发射曲线)，发散程度由纤芯数值孔径决定。当光传播到玻璃光纤端帽21的出射面22时，增透膜处理能够显著降低回光。但由于空气折射率可以看作是1，因而从玻璃光纤端帽21到空气的传播过程中需要考虑折射。折射效应增大了出射光的发散角，如图中曲线所示（远离A点的发射曲线），因而从空间来看，光的焦点位置由A点变到了B点。包层泵浦光15有类似的传播规律，但是由于数值孔径较大，在分析时可以采用光线传播理论。如图4所示，为本专利技术在具体应用实例中准直透镜及封装装置的结构示意图。首先，在准直透镜封装夹具31的内表面涂覆一层高折射率的吸收材料形成高折射率吸收材料层32，为了确保对包层泵浦光15的充分吸收，还需要对其进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，其特征在于，包括双包层光纤输出尾纤、玻璃光纤端帽及其夹具、准直透镜及封装装置和水冷循环组件；所述玻璃光纤端帽及其夹具包括玻璃光纤端帽（21）和端帽夹具（23），所述准直透镜及封装装置包括准直透镜（33）和准直透镜封装夹具（31）；所述双包层输出光纤尾纤的尾纤纤芯（11）与玻璃光纤端帽（21）通过熔接进行连接，所述端帽夹具（23）和准直透镜及封装装置中的准直透镜封装夹具（31）通过螺纹进行连接，利用所述准直透镜（33）实现对包层光的滤除；所述水冷循环组件与准直透镜封装夹具（31）连接用来对准直透镜（33）进行冷却。

【技术特征摘要】
1.一种带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，其特征在于，包括双包层光纤输出尾纤、玻璃光纤端帽及其夹具、准直透镜及封装装置和水冷循环组件；所述玻璃光纤端帽及其夹具包括玻璃光纤端帽（21）和端帽夹具（23），所述准直透镜及封装装置包括准直透镜（33）和准直透镜封装夹具（31）；所述双包层输出光纤尾纤的尾纤纤芯（11）与玻璃光纤端帽（21）通过熔接进行连接，所述端帽夹具（23）和准直透镜及封装装置中的准直透镜封装夹具（31）通过螺纹进行连接，利用所述准直透镜（33）实现对包层光的滤除；所述水冷循环组件与准直透镜封装夹具（31）连接用来对准直透镜（33）进行冷却。
2.根据权利要求1所述的带包层光滤除功能的大功率光纤准直器系统，其特征在于，所述双包层光纤输出尾纤（1）和玻璃光纤端帽（21）用具有导热性的胶水封装在端帽夹具（23）里面。

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓军，陈子伦，周旋风，王泽锋，侯静，陈胜平，张斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43