封装的光纤部件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种光纤部件，具体说涉及一种光纤耦合器及其制造方法。该部件包括：壳体（25）；至少一个能引导光并具有输出端的第一光学元件（21）,其在安装区（26A）上固定到所述壳体（25）上；至少一个通过耦合区（27）光耦合到第一光学元件（21）并从所述第一光学元件（21）的输出端接收光的第二光学元件（22,23）。根据本发明专利技术，该部件至少包括一个安装在第一光学元件（21）附近耦合区（27）和安装区（26A）之间的区域里的光散射材料区（29）。通过实施本发明专利技术，可减小光纤部件中逆向辐射的潜在有害影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光纤部件，尤其是光纤部件的封装。本专利技术还涉及制造光纤部件的方法。本专利技术尤其适用于防止高功率激光部件出现故障。
技术介绍
目前，光纤激光器和光纤放大器可在高功率水平、如从几百瓦特到几千瓦特范围的光功率下工作。这种激光源具有许多工业应用，例如各种材料的标记、切割和焊接。高功率光纤激光器和放大器具有能使其相对于环境因素保持稳定的全石英结构。相比于工业中采用的其它类型的激光器，高功率光纤激光器和放大器只需要极少的维护服务。光纤激光器的光学谐振腔一般由诸如增益光纤、光纤布拉格光栅和泵浦耦合器这样的部件构成，它们拼接起来形成该谐振腔。虽然该腔通常构造为全玻璃的，这意味着谐振腔里的激光信号辐射一直被限制在石英玻璃里，然而也会出现一些辐射从玻璃部件中泄漏到自由空间里的情形。例如，泵浦耦合器的一些构造使得沿逆向(即与泵浦辐射的方向相反的方向)引入到耦合器中的部分辐射从玻璃构造的部件中泄漏到自由空间中。这种逆向辐射可例如通过背向反射从处理目标材料处引入，或者从耦合到增益光纤的包层中的辐射中引入。在工作于千瓦功率水平的高功率光纤激光器中，引入到部件封装内部的自由空间中的辐射功率很容易达到数十到数百瓦特。在US2010/0142894、US7492993和US6546169中公开了示范性耦合器及其结构。引入部件封装内的自由空间辐射对该部件而言是一个潜在的风险。更具体地说，为防止部件不受机械或环境的影响，该全玻璃的部件通常固定到壳体上。该部件的固定一般通过胶粘或一些其它的闻分子材料而完成。当自由空间福射撞击该闻分子材料时，它至少会在那里被部分地吸收。高分子材料具有相对差的导热性，因此会被所吸收的辐射而加热。受热可能严重到使高分子材料的温度超过其破坏温度。这种情形将会导致温度失控，烧焦高分子材料，甚至最终融化该部件的玻璃。也就是说，该部件被破坏，并且光纤激光器的该部件也部分失效。图1a显不了代表现有技术的一种不范性的光纤稱合器结构。它包括多个输入光纤11 (图中显示了其中的两个)、耦合结构12和输出光纤13。逆向的光辐射(箭头18’)从输出光纤入射到耦合器中。这种辐射可能是由于当光纤激光器用于实际应用时腔的另一端未被吸收的泵浦辐射、源自光纤绞束或其它缺陷的包层辐射或者目标材料的背向反射而引起的。此辐射的大部分穿透输出光纤的玻璃包层。这种反向穿透辐射在耦合结构12的玻璃结构中传播(箭头18’’)。当这种辐射到达耦合结构的末端表面时，其中的一部分辐射到输入光纤之间或之外的自由空间里，如图1a中所示(箭头18’ ’ ’)。这是因为虽然该部件通常设计成可在正向上以高辐射传输而操作，然而逆向上的传输一般不怎么好。由于逆向传播的辐射具有较低的数值孔径或低发散度，因此其辐射到自由空间中的部分可形成几乎准直的光束。图1b显示了一种封装的光纤耦合器。封装15通常用金属制成，并且在安装部件的地方设有凹槽或切口。耦合器的两端均通过光学环氧树脂或类似的粘胶材料的高分子材料区16A、16B固定到壳体上。来自耦合结构的自由空间逆向辐射18朝向封装的输入光纤端的粘胶传播，并且一部分自由空间逆向辐射18撞击该粘胶并被其吸收。应注意的是，即使采用纯光学环氧树脂作为粘胶，它们的吸收仍然高得足以使所吸收的辐射能将粘胶加热到很高的温度。这对于在高功率光纤激光系统中工作的耦合器而言尤为如此，其中自由空间辐射的功率可达到数十瓦。自由空间辐射通常为很准直的，并因此可产生千瓦每平方厘米(KW/cm2)范围的功率密度。因此，即使在粘胶被加热到陷入壳体里的情况下，它仍可因辐射而急剧地加热。典型的光学粘胶物的破坏温度为100摄氏度左右，超过该破坏温度将发生热失控。破坏温度可由高分子材料的玻璃化转变温度来定义，或者通过材料的温度依赖的吸收特性来定义。当高分子材料的物理强度破坏或者热失控并最后烧焦材料时，该故障便可显而易见。通常这两种过程都会导致易碎的玻璃元件的故障。US2003/0103753公开了一种封装的光耦合设备，其包括一个悬挂在封装元件的侧面、用于将泄露的光能量从封装元件朝向元件的壳体(在此处吸收)传输的石英衬底。因此，这种技术方案实际上基于增加元件与其壳体之间的间隙而实现，其中为减小壳体本地吸收的光强度，壳体采用透明玻璃制成。这种技术方案的不足之处在于增加了封装的尺寸，并且不能使设备不受与该设备的光纤平行的泄露的逆向辐射的影响。具体而言，将光纤安装到封装上的区域会受到逆向辐射的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是实现一种光纤部件的封装及其封装方法。通过本专利技术，可以防止或是大大减轻自由空间逆向辐射的有害影响。本专利技术的目的根据独立权利要求的产品和方法而实现。 根据本专利技术的光纤部件包括-壳体-至少一个能引导光并具有输出端的第一光学元件，所述第一光学元件在安装区处固定于所述壳体上，-至少一个第二光学元件，其在耦合区处光耦合到所述第一光学元件，以便从所述第一光学兀件的输出端接收光，-至少一个光散射材料区，其设在所述耦合区和所述安装区之间的区域处并邻近于所述第一光学元件。可采用一个或优选多个光纤作为从中将光耦合到第二光学元件的第一光学元件，第二光学元件可包括单输出光纤。连接输入光纤和输出光纤的可以是锥形的耦合元件。壳体可以是支撑和/或保护安装在其内设置的光学元件的金属封装或其它任何封装体。本专利技术的优选实施例为从属权利要求的主题。本专利技术还提供了一种微粒型散射剂如Si02、Al2O3或TiO2在具有输入侧和输出侧的光纤耦合器的封装中以在耦合器的输入侧处分散逆向辐射的创新用途。通过本专利技术可以获得很多有益效果。最重要的是，本专利技术能用来确保部件的粘胶区的温度一直保持在粘胶材料所允许的最高温度以下。否则，将会存在由于粘胶温度的热失控而导致的严重的部件故障的风险。实验表明，粘胶的主要故障机制是由于部件封装中的自由空间辐射而引起的。因此，本专利技术解决了避免自由空间辐射的有害影响的问题。根据本专利技术的技术方案可应用于在输入光学元件与其封装之间存在自由辐射区的所有现有结构，从而防止逆向辐射的影响。此外，本专利技术的制造相对简单，并且附加成本较低。本专利技术尤其针对工作于100瓦到1000瓦动率范围的光纤部件。具体地说，该元件的容量可以至少为100瓦，尤其是至少为1000瓦，并且它可耦合到相应的能量源上。在针对或用于激光焊接或激光切割的元件中可获得特别的有益效果，这是因为在这些应用中，有效功率水平以及因此而产生的逆向辐射水平比较高。该元件 的输入光纤可以是光纤激光器，或者耦合到光纤激光器上。根据一个实施例，该元件为光纤激光泵浦耦合器。然而，本专利技术的原理可应用于其中逆向辐射的部分占有相当比例(具体说至少为2%，通常至少为5%，就强度-入射光而言)的任何封装的光纤部件中。在某些情况下，逆向辐射的部分可达10%甚或更高。在一个典型的泵浦耦合器里，就绝对功率而言，入射光的功率至少为I千瓦，而逆向辐射的功率至少为50瓦。术语“散射材料”用于指能够散射光、即能够随机地分配撞击在材料上的入射光的任何材料、材料的组合或按顺序排列的材料。术语“散射剂”指散射材料中具有散射光的特性的特定物质。散射材料可包括一种或多种形式多样的散射剂。然而，根据以下详述的一个优选实施例，散射材料包括多孔结构的微粒型无机散射剂(在某些实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿托·萨洛卡特韦，
申请(专利权)人：可利雷斯股份有限公司，
类型：
国别省市：