光纤头及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤头，其特征在于，包括套管和固定在所述套管内的多根光纤，其中，所述多根光纤之间以及所述套管和所述光纤之间的固定材料为玻璃材料；本发明专利技术的光纤头结构由于使用玻璃作为粘合剂，在保证粘合剂硬度，保证研磨质量的同时，还克服了目前有机粘合剂在高温下容易燃烧，造成光纤头损毁的缺陷，同时，由于玻璃材料的热膨胀系数与光纤材料接近，不会由于热胀冷缩而造成开胶等问题，工作温度的范围得以扩展。

Optical fiber head and manufacturing method thereof

The invention discloses an optical fiber head, which is characterized in that comprises a sleeve and is fixed on the casing of a plurality of optical fibers, wherein the plurality of optical fiber and between the casing and the optical fiber between the fixed material is glass fiber materials; head structure of the invention because of the use of glass as binder, the binder the hardness, ensure the grinding quality at the same time, but also overcomes the disadvantages of organic binder burn easily in high temperature, caused by defects, optical fiber head damaged at the same time, because the glass material thermal expansion coefficient and fiber material close, not caused by plastic problems due to thermal expansion and contraction, operating temperature range can be extended.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光纤
，特别涉及一种适于高功率激光传输的光纤 头及其制作方法。
技术介绍
目前，在医疗、材料加工、激光显示等领域，要求光纤头的输出光功 率很高，传统的光纤头结构包括固定套管和单根光纤，固定套管有利于将 光纤头结构固定在其他装置上，单根光纤插入到固定套管中并且周围用胶(通常是353ND)粘结固定在固定套管中。光纤头一般进行研磨、抛光等 工艺处理。如果研磨不够精细会导致光纤端面出现毛刺等影响平面度的现 象，或者由于使用过程中光纤端面附着了灰尘或端面出现划痕，都会导致 散射现象的发生，散射光会加热光学胶。在较小功率激光传输时，这种结 构的光纤头还可以应用，但是如果用于高功率激光传输，则热量堆积现象就 会非常严重，光学胶就会挥发污染光纤端面，影响光纤质量。因此若要利用 单根光纤输出高功率激光，只能采用无胶工艺，即在光纤头的端部制作出一 个凹槽，使单根光纤的端部附近棵露在凹槽中，但是这种结构对光纤的刚度 要求较高，否则光纤的端部就会弯曲。另外单个激光器的输出功率也非常有 限，这也极大地限制了与其连接的单根光纤内传输激光的功率，当然也可以 采用多个激光器向开放空间输出激光，并用透镜将这些激光聚焦，并耦合进 单根光纤中，这种方法虽然弥补了单个激光器输出功率有限的问题，但是增 加了系统安装和调试的难度。现有技术中实现大功率激光传输的光纤头结 构中的光纤多采用集束光纤，其中，较常见的结构如图1和图2所示，将 固定套管P2的内径制作成能容纳多根光纤Pl，固定套管P2的纵向长度可 以根据实际需要而定。根据传输功率的需要计算需要光纤Pl的数量，将 这些光纤Pl排列在一起形成光纤束，在光纤束的前段涂覆一定长度的光 学胶P3，然后插入到固定套管P2中， 一般来说，光学胶P3所覆盖的长度 只要大约等于固定套管P2的长度即可。因为传导大功率激光的光纤端面 的功率密度通常很高，如果光纤头处理工艺有缺陷或者使用过程中造成的出光端面不平、划痕较多或者表面粘有灰尘等，都会因产生散射光而导致 光纤头局部温度很高，因此，这种光纤头研磨和抛光的精度要求很高，如 果使用普通的胶，由于硬度不够高，在研磨过程中会造成剥落，形成凹凸 不平的坑，达不到精度要求，因此，人们往往使用硬度较高的有机胶来粘结光纤，例如353ND，但是这些有机胶的导热性和耐热性通常都很差，因 此在大功率激光光纤耦合中，光纤头局部温度经常很高，并且热量不能及 时传导出去，所使用的有机胶的成分为有机物，受热易燃烧，因此最终导 致有机胶燃烧而使光纤头烧毁。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是克服大功率激光系统中使用有机胶易造成光纤头烧毁的缺陷，从而提供一种光纤头。本专利技术的另 一任务是提供一种上述光纤头的制作方法。一方面，本专利技术提供的光纤头，包括套管和固定在所述套管内的多根光纤，其中，所述多根光纤之间以及所述套管和所述光纤之间的固定材料为玻璃材料。上述光纤头中，所述玻璃优选使用封接玻璃。上述光纤头中，所述套管的材料优选金属材料，例如铜或不锈钢等。 另一方面，本专利技术提供了制作光纤头的方法，包括以下步骤a) 将光纤束插入盛有液态玻璃的一端封闭的套管中，然后退火和冷 却，使玻璃固化；b) 切除所述套管封闭端，露出其中光纤束的出光端面；c) 对所述出光端面进行研磨和抛光，形成光纤头。 上述方法中，所述套管的材料优选金属材料，例如铜或不锈钢等。 上述方法中，所述步骤a)中液态玻璃的温度优选460-500°C。 上述方法中，所述退火和冷却过程优选分为多个降温和保温的步骤，其中，每降低温度50-150°C,就保温10-20分钟，直到最后降至室温为止。 例如一种优选的退火和冷却步骤为d) 在300。C下加热10-20分钟；e) 降低温度至20(TC，并加热10 20分钟；f) 降低温度至10(TC,并加热10~20分钟；g) 在室温下自然冷却。由于玻璃材料为无机物，并且耐高温，因此本专利技术的光纤头结构使用 玻璃作为粘合剂，在保证粘合剂硬度，保证研磨质量的同时，还克服了目 前有机粘合剂在高温下容易燃烧，造成光纤头损毁的缺陷，因而整个光纤 头的耐高温性能得到极大增强，提高了用于大功率传输的稳定性和安全 性。同时，由于玻璃材料的热膨胀系数与光纤材料接近，不会由于热胀冷 缩而造成开胶或出现裂紋等问题，工作温度的范围得以进一步扩展。 附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中图1是现有技术中的光纤头结构的截面图2是现有技术中的光纤头结构的纵向剖视图3是本专利技术光纤头结构的截面图4是本专利技术光纤头结构的纵向剖视图5是制作光纤头的加热装置和器皿的立体图6是图5中的加热装置和器皿的剖视图7是制作光纤头的加热装置和器皿的剖视图，其中器皿的凹槽中已 经放入了 一端封闭的套管， 一端封闭的套管内填入了呈粉状的玻璃；图8是制作光纤头的加热装置和器皿的剖视图，其中一端封闭的套管 内插入了光纤束，并且玻璃已经受热熔化成液态；图9是从器皿中取出的一端封闭的套管、光纤束和玻璃固定在一起的 结构示意图IO是经过研磨和抛光处理后的光纤头结构示意图。 具体实施例方式图3和图4示出了本专利技术光纤头的一个实施例，该光纤头包括套管2 和12根光纤1组成的光纤束，所述光纤束安装于套管2内，光纤束的出 光端面与套管2的一端对齐，其中，光纤1之间以及光纤1与套管2之间 都由玻璃3牢固地粘接在一起。这种结构的光纤头使用玻璃取代了传统的 有机胶，在大功率激光传输时，即使光纤头处理工艺有缺陷或者使用过程 中造成的出光端面不平、划痕较多或者表面粘有灰尘等，并由此产生散射 光导致光纤头局部温度很高的情况出现，但是由于玻璃的耐热性能很好，而且即使在高温下，玻璃也只会软化而不会发生燃烧，因此避免了长时间料的另外二个优点是，i璃的i膨胀系数与光纤接近，不会由于热胀冷缩 而破坏粘接的牢固性，也不会出现裂紋的情况。本领域普通技术人员应当理解，套管内光纤的根数可以根据实际需要 而进行选取，上述实施例中光纤的数量只是为了示例说明，而非限制，套 管2的材料优选金属材料，例如铜或不锈钢等，所述玻璃优选为线性膨胀 系数与光纤的线性膨胀系数相近的材料制成。图5-图IO示出了本专利技术的光纤头结构的一种制作方法，包括以下步骤1) 在加热台4上》文置器皿5，如图5和图6所示，该器皿5的内径近 似等于待制作光纤头的套管外径，选用一端封闭的铜套管8，将其封闭端 插入所述器皿5中，将适量的粉状的玻璃6填充到所述铜套管8内，此处 所述的适量以粉状的玻璃6受热熔化成液态后，光纤束插入到铜套管8中 以后呈液态的玻璃不会溢出为度，最佳的适量选择为液态玻璃刚好不会溢 出，即当插入光纤束以后呈液态的玻璃刚好充满铜套管8。如图7所示， 本实施例中呈粉状的玻璃6为封接玻璃中的一种，即低温玻璃粉，采用的 是天力创玻璃科技开发有限公司生产的牌号为0118的低熔点封接玻璃， 并且该低温玻璃粉的转化温度为323°C，软化温度为39(TC,封接温度为 430°C-460°C。优选地，所述器皿5的内壁高度大于所述铜套管8的长度， 这样，器皿5的内壁对光纤束还可以进行一定的约束，使得制作过程中更 好的对光纤束进行控制；2) 启动加热台，将所述粉状的玻璃6加热至完全熔化成液态，以粉 状的玻璃6的材料为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤头，其特征在于，包括套管和固定在所述套管内的多根光纤，其中，所述多根光纤之间以及所述套管和所述光纤之间的固定材料为玻璃材料。

【技术特征摘要】
1.一种光纤头，其特征在于，包括套管和固定在所述套管内的多根光纤，其中，所述多根光纤之间以及所述套管和所述光纤之间的固定材料为玻璃材料。2. 权利要求l所述的光纤头，其特征在于，所述玻璃为封接玻璃。3. 根据权利要求1所述的光纤头，其特征在于，所述套管的材料为 金属材料。4. 根据权利要求3所述的光纤头，其特征在于，所述金属材料为铜 或不锈钢。5. 制作光纤头的方法，包括以下步骤a) 将光纤束插入盛有液态玻璃的一端封闭的套管中，然后退火和冷 却，使玻璃固化；b) 切除所述套管封闭端，露出其中光纤束的出光端面；c) 对所述出光端面进行研磨和抛光，形成光纤头。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕勇，房涛，郑光，
申请(专利权)人：北京中视中科光电技术有限公司，中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]