一种对光纤阵列产生的输入光斑进行压缩整形的光波导制造技术

本实用新型专利技术实施例提供了一种对光纤阵列产生的输入光斑进行压缩整形的光波导，所述光纤阵列由多根输入光纤一端按照预设形状和/或预设间距排列，并通过热熔、胶水或外部固定装置固定后形成，所述光纤阵列中的输入光纤纤芯直径与所述输入光纤的非固定部分的纤芯直径相同，所述多根输入光纤的另一端与多个激光光源分别连接，用于产生输入光斑，所述光波导接收输入光斑的一端为具有非圆形横截面的整形部，用于对输入光斑进行压缩整形，所述整形部的端面垂直于光轴主平面，且表面平整光滑。且表面平整光滑。且表面平整光滑。

【技术实现步骤摘要】
一种对光纤阵列产生的输入光斑进行压缩整形的光波导


[0001]本技术涉及激光
，特别是涉及一种对光纤阵列产生的输入光斑进行压缩整形的光波导。

技术介绍

[0002]高功率工业激光材料处理应用领域日新月异，与单个激光光源用于材料加工技术相比，多激光光源复合型高功率激光器可以大大扩展激光加工的范围，极大提升激光加工的质量。比如以新型多芯环形光纤（ring cores fiber）为光波导的激光器用于低飞溅激光焊接可以适应不同的焊接应用场景，提升焊接质量和焊接速度。这类激光器以替换高成本半导体高质量复合焊接系统为基本目标，逐渐向其他高质量激光焊接应用扩展。
[0003]目前多激光器的复合激光可以采用空间光学系统，比如偏振或者波长多激光复用系统，或者是基于光纤熔融拉锥合束技术的全光纤信号合束器系统，将多个相同或者不同的光源复合为一个复杂光斑的单光源系统。
[0004]基于空间光学系统的方案，由于使用复杂的空间光学系统去实现光纤到光纤的光斑变换/复用/耦合，系统长期可靠性存在风险，成本高。
[0005]基于熔融拉锥的方案，会导致光源的数值孔径损失很大。为补偿拉锥型合束的NA劣化，被迫要求采用高亮度的单横模激光光源和更细的输入光纤芯径，这样不仅限制了每个输入模块的最高功率（一般小于2000W/模块），而且由于单横模激光的强拉曼风险，必须对激光输入/光波导及其系统抗反射做出复杂设计补偿，大大增加了成本，降低长期可靠性。也对一些复杂的应用场景（高反射加工环境）不能很好的适应。

技术实现思路
/>[0006]为了解决上述问题，本技术实施例公开了一种用于对光纤阵列产生的输入光斑整形的光波导，所述光波导接收输入光斑的一端为具有非圆形横截面的整形部，用于对输入光斑进行压缩整形，所述整形部的端面垂直于光轴主平面，且表面平整光滑；
[0007]所述整形部为透明介质，由多包层光纤一端延伸而出或通过焊接方式连接在一起；
[0008]所述整形部为沿中心光轴对称的多面体；
[0009]所述整形部为沿中心光轴对称的光楔，所述楔形包括至少两个斜面，所述斜面与所述端面的交集构成两条平行线段；
[0010]所述整形部为沿中心光轴对称的光楔，所述光楔包括四个斜面，所述斜面与所述端面的交集构成一个封闭的矩形；
[0011]所述多包层光纤的纤芯位于所述端面的几何中心，所述输入光斑不超过所述光波导的端面范围；
[0012]所述多包层光纤的纤芯与所述输入光斑的中心对准，所述多包层光纤的预设包层与所述输入光斑的外围分别对准；
[0013]所述整形部与所述光纤阵列通过熔接方式直接连接在一起；
[0014]所述光波导为一三包层单芯光纤，所述三包层单芯光纤的纤芯直径、内包层直径、外包层直径依次为100 um /300 um /360 um。
[0015]本技术实施例包括以下优点：
[0016]基于光纤阵列（ribbon fibers）直接连接技术，一方面可以避免空间光学复用系统的高成本以及长期可靠性风险。另一方面采用非光纤熔融拉锥技术进行输入端的制作，可以摆脱光纤熔融拉锥技术的复杂工艺和为管理光斑亮度损失而导致对输入光源的特殊要求。并且若要使用光纤熔融拉锥技术进行连接，则需要使用直径较大的光纤进行拉锥，而使用大光纤则难以兼容激光器单模块技术。
附图说明
[0017]图1是本技术实施例提供的一种激光光斑整形器件的结构框图；
[0018]图2是本技术实施例带状光纤阵列与波导层连接的示意图；
[0019]图3A是带状光纤阵列与楔形光波导端面耦合的示意图；
[0020]图3B是带状光纤阵列与长方体光波导端面耦合的示意图；
[0021]图4是为本技术实施例另一角度的带状光纤阵列与波导层连接的示意图；
[0022]图5是三包层光纤的截面图；
[0023]图6是三包层光纤的剖面图；
[0024]图7是三包层光纤的折射率示意图；
[0025]图8是传能光纤的截面图；
[0026]图9是传能光纤的剖面图；
[0027]图10是传能光纤的折射率示意图；
[0028]图11是本技术实施例提供的一种激光光斑整形器件制作方法的步骤流程图；
[0029]图12是本技术实施例提供的一种激光加工系统的结构框图；
[0030]图13是本技术实施例提供的一种激光加工方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0031]为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
[0032]参照图1，示出了本技术实施例提供的一种激光光斑整形器件的结构框图，具体可以包括：
[0033]沿中心光轴依次设置的输入端10和整形端11，所述输入端10设有与多个激光光源分别连接的多根输入光纤组成的光纤阵列，所述整形端11设有具有多个波导层的光波导，所述光纤阵列中多根输入光纤的纤芯与所述光波导的多个波导层分别对准并耦合连接，所述多个激光光源经由所述光纤阵列输出的光束在通过所述光波导时进行输出光斑的压缩整形。
[0034]在本技术实施例中，所述光纤阵列是由所述多根输入光纤按照预设形状排列后固定形成，所述光纤阵列中的输入光纤纤芯直径与非固定部分的输入光纤纤芯直径相同，所述光纤阵列中的纤芯端面与光轴平面垂直。
[0035]光纤阵列可以是指将多根光纤并行排成一排或多排组成的阵列，示例性地，可以采用与多个激光光源分别连接的三根输入光纤排成一排，组成带状光纤阵列；也可以并行排列成其它预设的形状，例如，七根输入光纤可以排成二/三层结构的多边形光纤阵列等。同时，多根输入光纤排列后固定的方式可以包括多种。示例性地，可以采用光纤夹具将多根输入光纤固定排列，也可以将多根输入光纤放入扁形孔玻璃管进行固定排列，还可以通过胶水将多根输入光纤固定排列等其它非熔融拉锥方式，本技术实施例对此不做限定，通过上述直接固定光纤组合的方式，光纤阵列中的纤芯直径与非固定部分直径相比也没有发生改变，减少了因熔融拉锥带来的损耗。
[0036]整形端11包括一个具有多个波导层的光波导，不同的波导层可以为不同的传输介质，用于对输入的光线进行整形，同时还包括与所述光波导连接的输出端，所述输出端为多包层单纤光纤或多芯光纤的任一一种，所述光波导可以直接为所述输出端的一部分，或通过熔接、焊接、套接或机械结构与所述输出端连接在一起。
[0037]所述光波导可以选用不同类型的光纤直接加工得到，示例性地，可以采用多单芯光纤或多芯光纤的裸露光纤头加工为光波导，其它部分则为输出端。其中单芯光纤可以为三包层光纤、双包层传能光纤中的至少一种，多芯光纤可以为环形光纤。某些场景下，光波导也可以选用单独的透明介质，如光学石英玻璃加工成预设的形状后再通过焊接或熔接等方式与输出端即多单芯光纤或多芯光纤连接在一起。在本技术实施例中，可以依据光波导的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对光纤阵列产生的输入光斑进行压缩整形的光波导，其特征在于，所述光波导接收输入光斑的一端为具有非圆形横截面的整形部，用于对输入光斑进行压缩整形，所述整形部的端面垂直于光轴主平面，且表面平整光滑。2.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述整形部为透明介质，由多包层光纤一端延伸而出或通过焊接、熔接、套接或机械方式连接在一起。3.根据权利要求1所述的光波导，其特征在于，所述整形部为沿中心光轴对称的多面体。4.根据权利要求3所述的光波导，其特征在于，所述整形部为沿中心光轴对称的光楔，所述光楔包括至少两个斜面，所述斜面与所述端面的交集构成两条平行线段。5.根据权利要求3所述的光波导，其特征在于，所述整形部为沿中心光轴对称的光楔，所述光楔...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋峰，雷剑，朱之伟，
申请(专利权)人：苏州创鑫激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：