CN111679369A - 一种大功率激光耦合结构 - Google Patents
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Abstract
一种大功率激光耦合结构，包括：第一插针、第二插针和套管。光纤组使用环氧胶永久的固定在插芯中；接触件放置于壳体中；接触件与接触件在套筒中进行对接。本发明适用于大功率激光传输，插入损耗低、光学端面激光能量密度低，有效防止光学端面受激光烧蚀，同时加工难度小。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤连接器领域，特别是一种大功率光纤连接器。
背景技术
传统单模光纤连接器多采用物理连接方式，即单模光纤端面直接接触以实现光信号的低损耗传输。这种连接方式不适用于大功率激光传输应用，主要体现在以下几个方面：
1、传统单模光纤连接器用于大功率激光传输时，由于光纤输出和输入端面激光功率密度高，一旦超过光纤材料的损伤阈值，极易造成光纤端面烧毁，无法继续传输光能量。
2、大功率激光通过光纤输出和输入端面时，光纤端面的微小表面质量缺陷，如杂质、划伤及微缺陷等，都将造成激光能量的异常吸收，并导致光纤端面烧毁，无法继续传输光能量。
3、大功率激光通过光纤输出和输入端面时，光纤端面的任何污染物，如灰尘、污渍等，都将造成激光能量的异常吸收，并导致光纤端面烧毁，无法继续传输光能量。
4、传统物理接触式单模光纤连接器在反复插拔使用过程中，光纤端面易受到磨损，一旦光纤端面受损，在传输大功率激光时，受损的光纤端面极易发生激光能量的异常吸收，并导致光纤端面烧毁，无法继续传输光能量。
针对以上大功率激光单模传输的应用需求，目前有采用透镜扩束的非接触式光纤连接器，但是这类连接器采用透镜进行光纤间的非接触连接，缺点是传输损耗大，互换性差，零件加工及装配难度大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种大功率激光耦合结构，特别是一种大功率激光传输应用光纤连接器，性能好，可靠性高，同时加工及装配难度小、精度要求低，寿命长。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种大功率激光耦合结构，包括：第一插针、第二插针和套管；
第一插针和第二插针通过套管进行径向固定，实现第一插针和第二插针的轴线对中；第一插针和第二插针的接触端面位于套管内；
第一插针、第二插针均包括：自聚焦光纤、普通单模光纤、插芯；
自聚焦光纤和普通单模光纤之间通过激光或者电弧放电等方式熔融形成一体式结构，自聚焦光纤和普通单模光纤的连接点作为熔接点；
插芯为轴向中空结构，自聚焦光纤和普通单模光纤周向包裹固定插芯；所述熔接点位于插芯内部；
自聚焦光纤与普通单模光纤具有相同的外径尺寸，且二者通过熔融后形成的熔接点也具有与二者相同的外径尺寸。
自聚焦光纤的前端面缩进插芯中，且自聚焦光纤的前端面与插芯的前端面的轴向距离取值范围为0～0.5mm。
插芯的端面设置有倒角。
自聚焦光纤、普通单模光纤与插芯之间通过环氧胶粘接固定。
插芯的外壁和套管的内壁过盈配合。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1)本发明采用自聚焦光纤将普通单模光纤的光束直径扩大3～5倍及以上，从而使光纤端面上的激光能量密度大幅度降低，有效防止光纤端面烧蚀，提高整个器件的激光功率难受能力至数十瓦及以上。
2)本发明采用与普通单模光纤外径相同的自聚焦光纤进行光束整形，有效提高了装配工艺精度，实现了大功率激光的低损耗高可靠传输；同时大幅度降低了装配工艺难度，从而降低加工成本。
附图说明
图1为本发明耦合装置结构示意图；
图2为本发明插针结构示意图；
图3为本发明光纤组结构及光束整形原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种大功率激光耦合结构，适用于大功率激光传输，损耗低、可靠性高、装配难度低，使用寿命长。
一种大功率激光耦合结构，包括：第一插针1、第二插针2和套管3。第一插针1和第二插针2通过套管3进行径向固定，实现第一插针1和第二插针2的轴线对中；第一插针1和第二插针2的接触端面位于套管3内；第一插针1、第二插针2均包括：自聚焦光纤301、普通单模光纤302、插芯202；
自聚焦光纤301和普通单模光纤302之间通过激光或者电弧放电等方式熔融形成一体式结构，实现自聚焦光纤301与普通单模光纤302之间的永久固定连接。自聚焦光纤301和普通单模光纤302的连接点作为熔接点303；
插芯202为轴向中空结构，自聚焦光纤301和普通单模光纤302周向包裹固定插芯202；所述熔接点303位于插芯202内部；
自聚焦光纤301与普通单模光纤302具有相同的外径尺寸，且二者通过熔融后形成的熔接点303也具有与二者相同的外径尺寸。
自聚焦光纤301的前端面203缩进插芯202中，且自聚焦光纤301的前端面203与插芯202的前端面204的轴向距离取值范围为0～0.5mm。插芯202的端面设置有倒角。自聚焦光纤301、普通单模光纤302与插芯202之间通过环氧胶粘接固定。插芯202的外壁和套管3的内壁过盈配合。
实施例
如图1所示为耦合装置结构示意图，由图可知，一种大功率激光耦合结构，包括第一插针1、第二插针2和套管3。插芯202外径尺寸精度极高，公差小于0.5μm，第一插针1和第二插针2由套管3进行径向固定，且第一插针1和套管3之间，以及第二插针2和套管3之间均采用高精度过盈配合，保证二者之间的轴线保持精密对中。
如图2所示为光纤组的结构示意图，由图可知，所述第一插针1、第一插针2均包括光纤组201、插芯202、光纤组前端面203和插芯前端面204。其中，插芯202沿轴向为中空结构，且同心度精度极高，公差小于0.3μm；其内径尺寸与光纤组插芯202外径尺寸一致，可实现精密装配；光纤组201外径尺寸与插芯202内径尺寸属于精密配合，二者之间间隙小于0.5μm；当光纤组201穿入插芯202中空结构时，光纤组201的轴线可以与插芯202的轴线保持高度的同轴性，偏差小于0.4μm。二者通过粘结剂进行粘接固定，且保证光纤组前端面203缩进在插芯202中，且和插芯前端面204的距离取值范围为0-0.5mm，有效防止光纤组前端面203因为磕碰及污染而造成损坏而无法实现大功率激光传输。还可以有效防止第一插针和第二插针在重复插拔的过程中因为磕碰及污染而造成光纤端面损坏而无法实现大功率激光传输，从而保证其长寿命性能。
当第一插针1和第二插针2插入套筒中时，第一插针1中的光纤组201与第二插针1中的光纤组201之间轴线的偏差小于0.7μm，实现了光纤组201轴线的高精度对中，以实现低损耗光信号传输。
如图3所示光纤组结构及光束整形原理示意图，由图可知，所述光纤组201包括自聚焦光纤301、普通单模光纤302和熔接点303。其中，自聚焦光纤301与普通单模光纤302通过激光或者电弧放电等方式熔融形成熔接点303，实现低损耗一体式永久固定连接。自聚焦光纤301将普通单模光纤302输出的光束进行准直及整形，成为近平行光束，使大功率激光光束在输出光纤端面上能量密度大幅度降低，有效防止光纤端面烧蚀。
自聚焦光纤具有0.25P节距；自聚焦光纤将普通单模光纤输出的光束进行准直及整形，成为近平行光束，且光束直接扩大3～5倍及以上，以使大功率激光光束在输出光纤端面上能量密度大幅度降低，有效防止光纤端面烧蚀，提高整个器件的激光功率难受能力至数十瓦及以上。另外，根据光路的可逆性，自聚焦光纤同时可将平行光束进行会聚并注入普通单模光纤中。因此，第一插针中的光纤组输出的大模场近平行光束，可以由第二插针中的光纤组进行接收，以实现激光光束在光纤中的耦合接续传输。
自聚焦光纤与普通单模光纤具有相同的外径尺寸。二者通过激光或者电弧放电等方式熔融形成的一体式结构，实现低损耗永久固定连接。同时，自聚焦光纤与普通单模光纤通过熔融后形成的熔接点也与二者具有相同的外径尺寸，便于光纤组精密封装在插芯中，减小加工装配难度，且可以保证第一插针中的光纤组与第一插针中的光纤组具有极高的轴线对中精度，从而实现耦合连接损耗低于0.4dB的优良光传输性能。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种大功率激光耦合结构，其特征在于，包括：第一插针(1)、第二插针(2)和套管(3)；
第一插针(1)和第二插针(2)通过套管(3)进行径向固定，实现第一插针(1)和第二插针(2)的轴线对中；第一插针(1)和第二插针(2)的接触端面位于套管(3)内；
第一插针(1)、第二插针(2)均包括：自聚焦光纤(301)、普通单模光纤(302)、插芯(202)；
自聚焦光纤(301)和普通单模光纤(302)之间通过激光或者电弧放电等方式熔融形成一体式结构，自聚焦光纤(301)和普通单模光纤(302)的连接点作为熔接点(303)；
插芯(202)为轴向中空结构，自聚焦光纤(301)和普通单模光纤(302)周向包裹固定插芯(202)；所述熔接点(303)位于插芯(202)内部。
2.根据权利要求1所述的一种大功率激光耦合结构，其特征在于，自聚焦光纤(301)与普通单模光纤(302)具有相同的外径尺寸，且二者通过熔融后形成的熔接点(303)也具有与二者相同的外径尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种大功率激光耦合结构，其特征在于，自聚焦光纤(301)的前端面(203)缩进插芯(202)中，且自聚焦光纤(301)的前端面(203)与插芯(202)的前端面(204)的轴向距离取值范围为0～0.5mm。
4.根据权利要求1～3任意之一所述的一种大功率激光耦合结构，其特征在于，插芯(202)的端面设置有倒角。
5.根据权利要求4所述的一种大功率激光耦合结构，其特征在于，自聚焦光纤(301)、普通单模光纤(302)与插芯(202)之间通过环氧胶粘接固定。
6.根据权利要求4所述的一种大功率激光耦合结构，其特征在于，插芯(202)的外壁和套管(3)的内壁过盈配合。
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