光电组件制造技术

本发明专利技术涉及一种光学组件(100)，该光学组件(100)包括：第一光纤(101)，其将相干光沿预定方向(P)传播至光学组件(100)的输入端(110)中，所述光纤具有芯和覆层；散热器(111)，其在输入端(110)处围绕光纤(101)；以及透镜(120)，其沿传播方向(P)布置在散热器(111)之后。光学组件(100)还包括布置在透镜(120)之后的滤光器(130)，其中，滤光器(130)具有反射表面(131)，反射表面(131)被布置成透射具有一种或更多种期望波长的光并且反射回一种或更多种不期望的波长穿过透镜(120)。本发明专利技术还涉及一种用于分离期望波长和不期望波长的方法。

Photoelectric module

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电组件
本专利技术涉及在工业激光应用中用于分离来自激光源的想要和不想要的波长的光的方法和装置。波长的分离在光纤组件中进行，该光纤组件包括用于传输高光学功率特别地为超过1kW的功率的光纤，并且其中，落在光纤芯外部的光辐射至少部分地被流动冷却剂吸收。
技术介绍
在用于传输高光学功率的光纤应用中，期望避免光纤电缆特别地诸如光纤连接器的部件可能由于落在光纤芯的外部的入射辐射或者由于被反射回光纤连接器的辐射而被损坏。先前已知有能够解决这种功率损耗的方法。具体地，先前已知的是使这种入射辐射被吸收在流动冷却剂中。在工业应用中经常使用用于传输高光学功率的光纤电缆。具体地，用于传输高光学功率的光纤电缆借助于高功率激光辐射用于切割和焊接操作中，而且用于可以使用这种类型的光纤电缆的其他工业应用诸如加热、检测或在高温环境中的工作操作中。借助于光纤，可以建立用于将辐射从高功率激光源传输至工件的柔性制造系统。通常，光纤具有玻璃芯和周围的覆层。覆层的功能是将光束限制于芯。可以在这种环境下使用的激光源可以具有高达几千瓦的平均功率输出。可能存在需要过滤掉的来自激光源的不想要的发射波长的光。这种光可能是多余的泵浦光、来自非线性过程的未转换光或来自更高阶过程的光。典型的现代工业激光器利用短波长光泵浦，并且发射较长波长激光。在大多数情况下，只有较长波长激光才是感兴趣的。较短波长可能对激光器外部的检测设备或过程有负面影响。例如，工业光纤激光器可以利用约980nm波长的光泵浦并且可以发射约1070nm波长的激光。短脉冲激光器通常是两倍频或三倍频。由于该过程有点效率低下，因此保留了一定量的主波长。例如，使用非线性晶体可以将在1064nm处操作的纳秒级Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器倍频至532nm。在以高强度即以高功率结合小体积引导光的情况下，可以自发生成具有不同波长的光。例如，在约1070nm处操作的多千瓦单模激光器可以生成处于较长波长的所谓拉曼光。在光纤装置诸如用于强脉冲的光纤放大器中，拉曼散射可能是有害的：它可能将许多脉冲能量转移至不会发生激光放大的波长范围中。这种影响可能会限制这种装置可实现的峰值功率。即使在连续波高功率光纤激光器和放大器中，拉曼散射也可能成为问题。然而，对于这种问题有各种解决方案，包括啁啾脉冲放大以及使用特殊的光纤设计，这些设计通过衰减拉曼位移的波长分量来抑制拉曼散射。用于分离不同波长的光的另一方法是使用二向色镜作为滤光器。二向色镜可以反射一种或更多种特定波长，并且同时使一种或更多种期望的波长透射通过二向色镜。在设计反射镜期间指定了二向色镜的反射角度连同透射/反射的波长。该反射镜是沉积在合适的衬底上的多层介电涂层，优选地为诸如熔融二氧化硅或熔融石英的玻璃衬底。使用例如真空沉积在衬底上建立具有不同折射率的光学涂层的交替层。不同折射率的层之间的界面会产生相位反射，选择性地增强某些波长的光并干扰其他波长。通过控制层的厚度和数目，可以调整滤光器的通带的频率(波长)，并且使其根据需要而变宽或变窄。对于透射波长与反射波长彼此之间可以多接近存在物理限制。此外，根据感兴趣的波长，对于光可以反射的角度也存在限制。已知的方法包括将二向色镜定位成与入射光的光轴成45°。因为不想要的波长被反射而不是被吸收，所以二向色滤光器在操作期间不吸收不想要的能量并且将不会加热到与等效的传统滤光器相同的程度。使滤光器以如此大的角度倾斜的问题在于，反射光从光纤连接器或类似装置中被引导出并进入额外的冷却器或吸收器。该解决方案增加了成本和复杂性两者。此外，考虑到想要和不想要的波长经常彼此接近，即使不是不可能，也很难设计具有这种相对高入射角度的滤光器。因此，该解决方案的另外的问题涉及：降低的滤光器的效率；以及除非想要和不想要的波长彼此足够远地去除，否则不能分离波长。本专利技术的目的是提供一种克服上述问题的分离不同波长的光的改进方法。
技术实现思路
通过所附权利要求中要求保护的光电装置和方法已经解决了上述问题。在下文中，术语“光纤”旨在描述包括至少芯和覆层的光纤。光纤通常具有内部石英玻璃芯和透明包围层(所谓的覆层)，包围层具有低于芯的折射率。覆层的功能是将光束限制于芯。芯和覆层可以被保护性缓冲层和护套层覆盖。作为示例，光纤可以包括由例如石英玻璃制成的内芯，用于传播辐射。围绕的覆层可以由例如玻璃或具有合适的折射率的聚合物制成。覆层可以包括一个或更多个层，并且覆层的目的是将辐射光学地“锁定”至芯中。在覆层的外部存在一个或更多个保护套，以使光纤在机械上更加稳定。这些层通常被称为“缓冲层”或“保护套”层，并且可以包括例如诸如聚氨酯或PVC的聚合物层。术语“传播方向”用于指示光通过光学组件从源处传输至工业过程的方向。沿传播方向传输的光将称为“入射光”。沿相反方向传输的光将被称为“反射光”并且可以通过工业过程诸如激光焊接或切割生成。与用于通信应用的相对低功率的光纤系统(<1W)相反，在本文中所指的“高功率”应用通常用于工业应用。在上下文中描述的光纤组件设计用于处理从一千瓦(kW)至20kW或更高的连续波输出功率的高功率。对于高功率应用，在不想要的波长下的功率可能会很高，以至于需要对组件进行主动冷却以吸收它，以避免部件损坏。根据优选实施方式，本专利技术涉及一种光学组件，该光学组件包括：第一光纤，其将光沿预定方向传播至光学组件的输入端中。第二光纤被布置成用于将相干光从组件的输出端传播出。光纤包括至少芯和覆层。该光学组件还包括：散热器，其在组件的输入端处围绕光纤；透镜，其沿传播方向布置在散热器之后；以及沿传播方向在透镜之后的重新聚焦透镜。该透镜优选地但非必须地为准直透镜。根据本专利技术，光学组件还包括布置在透镜与重新聚焦透镜之间的滤光器。该滤光器具有反射表面，该反射表面被布置成透射具有一种或更多种期望波长的光并且反射一种或更多种不期望的波长。将不期望的波长反射回透镜，透镜将反射光朝向散热器重新聚焦。分离不同波长的光的一种方法是使用二向色镜作为滤光器。二向色镜是沉积在合适的衬底上的多层介电涂层。衬底可以包括熔融二氧化硅、熔融石英或类似的合适材料。后续示例描述了将完全反射一种或更多种不期望的波长同时透射一种或更多种期望的波长的二向色镜。然而，也可以设计一种具有将仅部分地反射一种或更多种特定的波长的涂层的二向色镜。在反射镜的设计期间指定反射的角度连同用于特定应用的透射/反射的波长。必须考虑这些因素，因为对于透射波长与反射波长彼此之间可以多接近存在物理限制。根据感兴趣的波长，对于可以反射的光的角度存在限制。本专利技术通过选择相对小的角度来避免这个问题以充分利用二向色镜的特性。根据一个示例，滤光器可以被布置成过滤出拉曼光/拉曼波长。滤光器优选地为平面的，并且被布置成相对于与主光轴成直角的平面成一定角度。滤光器将因此以与透射光的光轴成一定角度将光反射回透镜并穿过透镜。来自透镜的入射光的光轴将被称为主光轴。为了充分利用二向色镜的特性，选择相对小的角度。可以根据诸如透镜与滤光器之间的距离、透镜的外部尺寸或入射光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学组件(100)，包括：/n第一光纤(101)，其将光沿预定方向(P)传播至所述光学组件(100)的输入端(110)中，所述光纤具有芯和覆层；/n散热器(111)，其在所述输入端(110)处围绕所述光纤(101)；以及/n透镜(120)，其具有主光轴(X1)并且沿所述传播方向(P)布置在所述散热器(111)之后；/n其特征在于，所述光学组件(100)还包括沿所述传播方向布置在所述透镜(120)之后的滤光器(130)，/n所述滤光器(130)具有反射表面(131)，所述反射表面(131)被布置成透射具有一种或更多种期望波长的光并且将一种或更多种不期望的波长反射回穿过所述透镜(120)，并且/n所述透镜(120)被布置成将反射光重新聚焦在所述第一光纤的芯的外部，使得来自反射光的能量被所述散热器(111)吸收。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171017 SE 1751284-91.一种光学组件(100)，包括：
第一光纤(101)，其将光沿预定方向(P)传播至所述光学组件(100)的输入端(110)中，所述光纤具有芯和覆层；
散热器(111)，其在所述输入端(110)处围绕所述光纤(101)；以及
透镜(120)，其具有主光轴(X1)并且沿所述传播方向(P)布置在所述散热器(111)之后；
其特征在于，所述光学组件(100)还包括沿所述传播方向布置在所述透镜(120)之后的滤光器(130)，
所述滤光器(130)具有反射表面(131)，所述反射表面(131)被布置成透射具有一种或更多种期望波长的光并且将一种或更多种不期望的波长反射回穿过所述透镜(120)，并且
所述透镜(120)被布置成将反射光重新聚焦在所述第一光纤的芯的外部，使得来自反射光的能量被所述散热器(111)吸收。


2.根据权利要求1所述的光学组件，其特征在于，所述滤光器(130)是二向色镜。


3.根据权利要求1或2所述的光学组件，其特征在于，所述滤光器(130)被布置成过滤出拉曼光/拉曼波长。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述滤光器(130)被布置成将光以与所述透镜(120)的所述主光轴(X1)成角度(β)反射回所述透镜(120)。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述滤光器被布置成能够绕所述主光轴(X1)旋转。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述滤光器具有平面反射表面(131)。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述滤光器具有非平面反射表面(132)。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述透镜(120)被布置成将反射光重新聚焦至围绕所述第一光纤的所述散热器中。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述透镜(120)被布置成将反射光重新聚焦至所述第一光纤的所述覆层。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学组件，其特征在于，所述散热器(111)是流体冷却的热...

【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙·阿勒吕德，斯图尔特·坎贝尔，奥洛夫·萨尔哈马尔，
申请(专利权)人：光电斯坎达有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE