專利名稱：空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光光纖傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種基于空心導(dǎo)光錐耦合的高功率激光光纖真 空傳輸裝置。
背景技術(shù)：
目前，通過光纖傳輸高功率激光在激光加工、激光切割、激光點(diǎn)火、激光醫(yī)療以及光纖 激光器等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。但是隨著人們對(duì)高功率激光應(yīng)用需求和激光器的發(fā)展，對(duì)光纖 傳輸激光功率的要求越來(lái)越高，幾乎達(dá)到了光纖傳輸激光功率的極限(GW/cm2量級(jí))。高功率 激光光纖傳輸系統(tǒng)中高功率激光特別是窄脈寬高峰值脈沖激光容易導(dǎo)致光纖損傷。另外，由 于激光功率密度很高，不利于激光光纖耦合和傳輸。這些因素限制了光纖傳輸激光的容量， 阻礙了光纖傳輸高功率技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)程。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)([l]R-M. Wood. Summary of the factors affecting the Power and Energy Capabilities of Optical Fibers [C〗.SPIE, 1996; 2870:458-466. [2]李鈺，張闊海，李 強(qiáng)，左鐵釧.大功率激光光纖耦合技術(shù)研究[J].應(yīng)用激光.2004, 24(5) :276-278. [3]趙興海， 高楊，程永生.高功率脈沖激光對(duì)階躍折射率多模光纖損傷機(jī)理分析[J].強(qiáng)激光與粒子束， 2007.等)報(bào)道光纖端面損傷和光纖內(nèi)的非線性效應(yīng)是限制激光光纖傳輸功率提高的主要因 素。光纖端面存在大量微小顆粒、雜質(zhì)、缺陷等導(dǎo)致大量吸收激光能量或者場(chǎng)效應(yīng)增強(qiáng)，最 終引起光纖端面的局部熔融或炸裂，激光注入耦合失敗。當(dāng)激光功率密度達(dá)到一臨界值后， 光纖內(nèi)的非線性效應(yīng)劇烈增強(qiáng)，比如受激拉曼散射和受激布里淵散射，導(dǎo)致激光能量迅速損 耗，光纖傳能失敗。目前的激光注入光纖耦合主要有兩種方式"伽利略望遠(yuǎn)鏡"+聚焦透鏡注入耦合方式和 單透鏡聚焦注入耦合方式。"伽利略望遠(yuǎn)鏡"+聚焦透鏡注入耦合方式是對(duì)光束先擴(kuò)束再聚 焦，因此在其內(nèi)部沒有焦點(diǎn)，但是增加了光學(xué)界面也就增大了傳輸損耗。但這些普通的耦合 方式均要求小的注入光斑，才能得到高的耦合效率。但是小的注入光斑勢(shì)必引起大的功率密 度，容易導(dǎo)致光纖端面損傷。就算以100/100注入孔徑注入激光，由于光纖的芯徑較小(數(shù)ym 數(shù)百pm)，光纖端面的激光功率密度仍然很高，易損傷光纖輸入端面。普通的石英光纖存在 端面損傷閾值低和非線性吸收嚴(yán)重的問題，而空心光纖和光子晶體光纖由于其特殊的結(jié)構(gòu)或者光束傳輸機(jī)理可以有效緩解這些問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種高功率激光的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是通過在入射激光和光纖之間加入一空心導(dǎo) 光錐，使入射激光通過空心導(dǎo)光錐會(huì)聚后產(chǎn)生較小的光斑注入到光纖中去，空心導(dǎo)光錐與光 纖之間密封連接，同時(shí)對(duì)空心導(dǎo)光錐內(nèi)部和光纖纖芯內(nèi)部抽真空或注入惰性氣體?？招膶?dǎo)光 錐是輸入端直徑較大輸出端直徑較小的空心圓錐體，它是一種非成像光束會(huì)聚裝置。激光由 大端注入，小端與光纖密封連接。光纖為傳輸激光能量用空心光纖或光子晶體光纖，纖芯有 空隙可以抽真空或注入惰性氣體，以減小激光損耗，提高輸出激光光束質(zhì)量。本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置包括聚焦透鏡、空心導(dǎo)光錐、光纖，聚焦透鏡與 光纖之間設(shè)置有空心導(dǎo)光錐。本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置中空心導(dǎo)光錐大端與光學(xué)窗口密封連接。本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置中空心導(dǎo)光錐小端與光纖輸入端密封無(wú)縫連接。本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置中空心導(dǎo)光錐可以由金屬(鋁、不銹鋼等)直接 巻曲制造而成。也可由光學(xué)玻璃直接拉制，內(nèi)表面涂抗激光損傷的高反射膜。本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置中光纖可以為普通石英光纖、 一般空心光纖、光 子晶體光纖中任意一種。本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置中空心導(dǎo)光錐內(nèi)部抽真空或注入惰性氣體。本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置中光纖(空心光纖、光子晶體光纖)內(nèi)部抽真空 或注入惰性氣體。本發(fā)明給出了一種提高光纖傳輸高功率激光容量、減少激光損傷概率、降低光纖內(nèi)非線 性損耗的有效方法和裝置。本裝置中的空心導(dǎo)光錐增加了注入激光的受光面積，從而減小了 端面損傷概率，提高了注入激光能量。在相同的激光功率注入情況下，可以使輸入端面的激光功率密度最大下降為原來(lái)的b7a2, a為空心導(dǎo)光錐大端半徑，b為空心導(dǎo)光錐小端半徑。本裝置中通過對(duì)空心導(dǎo)光錐或光纖(空心光纖、光子晶體光纖)內(nèi)部抽真空，減小了激 光傳輸?shù)木€性和非線性損耗，增大了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸效率，提高了輸出激光光束質(zhì)量。 本裝置創(chuàng)新性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景廣。本發(fā)明尤其適用于高峰值功率脈沖激光的光纖傳輸。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明。.圖1為本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置總體結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明的空心導(dǎo)光錐與光纖耦合裝置示意中l(wèi).激光 2.聚焦透鏡 3.空心導(dǎo)光錐 4.光纖 5.光學(xué)窗口 6.連接器具體實(shí)施方式
本發(fā)明通過采用非成像元件空心導(dǎo)光錐實(shí)現(xiàn)了高功率激光耦合進(jìn)光纖，由于增大了注入 端面的受光面積，提高了光纖端面的激光損傷閾值。采用空心導(dǎo)光錐和光纖內(nèi)部抽真空技術(shù)， 提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸效率，減小了激光損傷，提高了光纖傳輸激光容量。圖1為空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置方案原理圖。圖中通過聚焦透鏡2對(duì)激光1進(jìn)行聚 焦，在空心導(dǎo)光錐3大端獲得合適注入光斑大小，在光纖4輸入端與空心導(dǎo)光錐3小端連接。 實(shí)現(xiàn)了激光1通過透鏡2聚焦，再通過空心導(dǎo)光錐3注入耦合進(jìn)光纖4中去。圖2為空心導(dǎo)光錐3與光纖4的耦合裝置。圖中空心導(dǎo)光錐3與光纖4通過連接器6密 封連接?？招膶?dǎo)光錐3前端由光學(xué)窗口5密封。空心導(dǎo)光錐3的小端與光纖4纖芯大小相匹配，空心導(dǎo)光錐3的錐角可以通過相關(guān)的光 學(xué)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算得到，合適的錐角可以獲得較大的耦合效率。光纖4可以為普通的石 英光纖，通過連接器6與空心導(dǎo)光錐3密封連接，同時(shí)空心導(dǎo)光錐3抽真空或注入惰性氣體。 光纖4也可以為一般的空心光纖或光子晶體光纖，通過連接器6與空心導(dǎo)光錐3密封連接， 空心導(dǎo)光錐3和光纖4內(nèi)部同時(shí)抽真空或注入惰性氣體。
權(quán)利要求
1.一種空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置，其特征在于所述的傳輸裝置包括聚焦透鏡、空心導(dǎo)光錐、光纖，聚焦透鏡與光纖之間設(shè)置有空心導(dǎo)光錐，空心導(dǎo)光錐大端與光學(xué)窗口密封連接，空心導(dǎo)光錐小端與光纖輸入端密封連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置，其特征在于所述的空心導(dǎo)光錐由 金屬鋁或不銹鋼直接巻曲制成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置，其特征在于所述的空心導(dǎo)光錐由 光學(xué)玻璃直接制成，內(nèi)表面涂抗激光損傷的高反射膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置，其特征在于所述的光纖為普通石 英光纖、 一般空心光纖、光子晶體光纖中任意一種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置，其特征在于所述的空心導(dǎo)光 錐內(nèi)部空間為抽真空或注入惰性氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的空心導(dǎo)光錐耦合真空傳輸裝置，其特征在于所述的空心光纖或光 子晶體光纖的內(nèi)部空間抽真空或注入惰性氣體。
全文摘要
一種基于空心導(dǎo)光錐耦合的真空傳輸高功率激光的光纖傳輸裝置。它是在光纖輸入端連接空心導(dǎo)光錐，通過空心導(dǎo)光錐獲得較小的注入光斑，實(shí)現(xiàn)激光光纖耦合傳輸。并且對(duì)空心導(dǎo)光錐、光纖內(nèi)部抽真空或注入惰性氣體，增加光纖傳輸系統(tǒng)激光容量，提高輸出光束質(zhì)量。該裝置有效的增大了激光輸入端面的受光面積，減小了輸入端面的激光功率密度，降低了激光損傷概率。對(duì)激光傳輸光路抽真空減小了激光的線性和非線性損耗，提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸效率。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、創(chuàng)新性強(qiáng)、效果明顯。
文檔編號(hào)G02B6/30GK101241209SQ200710050959
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者蔡林飛, 趙興海, 楊 高 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所