裝配都是可以的，沒有必然的先后順序。固定光纖端帽2的方式可使用膠水粘接，也可使用加熱玻璃光纖支架，讓其與光纖直接熔融在一起，還可使用C02激光器，將玻璃光纖支架與光纖直接熔接起來；或在光纖和光纖支架之間的縫隙添加低熔點(diǎn)玻璃粉，然后加熱，讓玻璃粉熔化將兩者粘接在一起也是不錯(cuò)的固定方式。
[0031]如圖6所示，將光纖支架3與散熱固定管6裝配在一起，在光纖包層外側(cè)以高折射率膠水7填充，其實(shí)這個(gè)散熱固定管6非必須品，也可使用足夠長的光纖支架3替代，光纖支架3的材質(zhì)如果是玻璃材質(zhì)，建議使用折射率高于1.52的玻璃光纖支架，能更好讓溢出的光發(fā)散出去，不過為了起到對光良好的吸收以及散熱效果，金屬的光纖支架以及散熱固定管是相對比較好的選擇；散熱固定管6通常選用散熱性能良好的金屬，以方便內(nèi)部淤積的熱量及時(shí)散出，當(dāng)功率較高時(shí)，此散熱固定管外可設(shè)計(jì)水冷系統(tǒng)，提高散熱效率。
[0032]在研磨拋光后的光纖端帽2表面鍍高損傷閾值增透膜。
[0033]準(zhǔn)直耦合透鏡5預(yù)先裝配在套管4中，然后將光纖I與光源熔接在一起，調(diào)整光纖端帽2出射面與準(zhǔn)直耦合透鏡5的距離，使出射的光斑滿足預(yù)先設(shè)計(jì)的要求，或使用預(yù)先生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)高功率光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)在設(shè)定的工作距離上與待測的耦合，利用光功率計(jì)測試耦合效率，當(dāng)參數(shù)符合要求時(shí)，可用紫外膠固定好光纖端帽2和準(zhǔn)直耦合透鏡5的相對位置，也可使用熱固化膠，直接高溫固化，使兩者的位置固定，還可在套管上加工螺紋孔，使用螺絲固定兩者，或在套管與散熱固定管上都加工螺紋，緩慢旋轉(zhuǎn)調(diào)整，待調(diào)整好之后用螺紋膠或其他固定方式直接固定兩者。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
1、使用了光纖端帽技術(shù)，使出射光纖的光，經(jīng)過擴(kuò)束之后才出射，能顯著降低由于能量密度太高而損傷光纖端面的現(xiàn)象發(fā)生
2、如圖7所示光的正向傳輸光路，圖7中由于使用了高折射率膠水7，通常膠水的折射率高于1.47，高折射率膠水7包裹光纖I使得光纖包層中的光有效溢出到膠水中，而不在返回到光纖，而光纖端帽2端面的反射光也會(huì)溢出到膠水中，不在對光路產(chǎn)生影響。如圖8所示的圖中利用熔融技術(shù)將光纖I和端帽2與光纖支架3熔融在一起，由于光纖支架3的玻璃材料折射率高于光纖I和端帽2，所以光纖I包層中的雜散光以及端帽2表面的反射光會(huì)直接折射到光纖支架3中，而不在返回光纖中，也不會(huì)對后續(xù)的測試已經(jīng)光耦合的產(chǎn)品產(chǎn)生影響，此技術(shù)適合使用在功率較高的器件，由于兩者結(jié)合是直接熔融的，沒有了膠水的吸收，所以能讓更多的包層光折射到光纖支架中，而不必?fù)?dān)心由于膠水吸收和透過率造成膠水被燒毀的問題
3、如圖9所示，反向耦合光由于透鏡不能完美地耦合到光纖I的纖心中，總是會(huì)有一部分光被耦合到光纖I的包層之中，如果不能將這部分光去除掉，在高功率使用過程中，會(huì)將光纖的涂覆層燒毀，更會(huì)對后續(xù)的使用產(chǎn)生巨大的影響，本發(fā)明在光纖外部包裹了高折射率膠水7，由于膠水的折射率(折射率>1.47)高于光纖，根據(jù)光學(xué)折射定律，光將直接折射到膠層中，而不在返回到光纖包層中，如光纖支架是金屬材料，則這部分光會(huì)經(jīng)過多次折射后，被金屬的光纖支架系數(shù)，如光纖支架是玻璃材料，由于支架的材料折射率高于膠水，根據(jù)光學(xué)折射定律，光將直接折射到光纖支架中，而不再返回到膠層中，直接被最外側(cè)的金屬散熱固定管吸收，此結(jié)構(gòu)能有效保護(hù)器件的使用安全可靠。如圖10所示的是玻璃材質(zhì)的光纖支架3直接與光纖I及端帽2直接熔融的方案，耦合光由于透鏡不能完美耦合到光纖I的纖心中，而由部分光耦合到包層中，由于光纖支架3的玻璃材料折射率高于光纖I及端帽2，所以被耦合到包層中的這部分光由于光學(xué)折射定律將直接被折射到光纖支架3中，而不再返回到光纖I包層中，這部分光最終會(huì)被最外側(cè)的金屬散熱固定管直接吸收，此方案由于沒有了膠層，所以能承受更高的功率而不必?fù)?dān)心燒毀的問題。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:包括光纖，所述光纖出射端設(shè)置有對光進(jìn)行擴(kuò)束的光纖端帽，該光纖出射端所在的端部外套設(shè)有管狀的光纖支架，所述光纖被光纖支架所裹覆的部分需去除涂覆層，所述光纖端帽的出射端面外設(shè)置有準(zhǔn)直耦合透鏡，所述光纖支架和準(zhǔn)直耦合透鏡均套設(shè)在同一套管內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖端帽為熔石英材質(zhì)的玻璃棒或大芯徑光纖，所述光纖端帽的出射端面需進(jìn)行精細(xì)研磨拋光，其拋光角度為0° ~15°，該出射端面上鍍有高損傷閾值增透膜；所述光纖端帽的長度及外徑的取值需以保障端帽材料本身和增透膜承受光輸出功率而不受損傷為前提，且光纖端帽的出射端面出射的光斑大小不超過其外徑的40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖端帽與光纖通過熔接在一起，所述熔接方式通過放電、火焰加熱、電加熱或CO2激光器實(shí)現(xiàn)，所述光纖端帽的出射端面與光纖支架的端部平齊或突出該端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖支架的材料包括玻璃、寶石或金屬，所述光纖支架材料為玻璃時(shí)，其折射率大于1.52，所述光纖支架與光纖端帽通過加熱熔融固定連接或使用高折射率膠水粘接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的準(zhǔn)直耦合透鏡的兩個(gè)通光面均鍍有高損傷閾值增透膜，該準(zhǔn)直耦合透鏡為單透鏡或用透鏡組實(shí)現(xiàn)光斑的準(zhǔn)直耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述套管與光纖支架之間設(shè)置有裹覆光纖支架及該處光纖的散熱固定管，所述光纖被散熱固定管所裹覆的部分也需去除涂覆層，所述散熱固定管為金屬管或玻璃管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述散熱固定管與光纖之間留有間隙，以使光纖內(nèi)光功率較高時(shí)，該間隙內(nèi)填充有折射率大于1.47的高折射率膠水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述套管為金屬管或玻璃管，所述準(zhǔn)直耦合透鏡與套管通過膠水固定連接，所述散熱固定管與套管通過膠水固定、螺紋固定或螺釘固定連接。
9.一種高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)的制作方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行: (1)根據(jù)使用情況，選定光纖的型號，并根據(jù)光纖的參數(shù)計(jì)算光纖端帽的長度，所述光纖端帽為大芯徑光纖或玻璃棒； (2)將光纖的包層去除一部分，用酒精清潔之后，用切割刀將該端面切平，或使用光學(xué)拋光該端面，或使用激光切割處理該端面，切割角度控制在I度以下； (3)光纖端帽選擇大芯徑光纖時(shí)，將大芯徑光纖一端面的包層去除一部分，用酒精清潔之后，用切割刀將光纖切平，或使用光學(xué)拋光端帽的端面，或使用激光切割處理端帽的端面，切割角度控制在I度以下； (4)將光纖和光纖端帽放在熔接機(jī)上，將光纖和光纖端帽處理好的端面相熔接在一起，如果光纖直徑大于250微米，使用特殊熔接機(jī)或0)2激光器熔接光纖和光纖端帽，當(dāng)然，火焰或電加熱熔接也能實(shí)現(xiàn)上述熔接； (5)熔接之后，用刀具將多余光纖端帽部分其切斷，并用酒精清潔斷面之后備用，所述光纖端帽的保留長度的取值需以保障端帽材料本身承受光輸出功率而不受損傷為前提，且光纖端帽的出射端面出射的光斑大小不超過其外徑的40% ; (6)將處理好后的光纖和光纖端帽裝配在一管狀的光纖支架內(nèi)，并用夾具固定，保持兩者位置穩(wěn)定，光纖被光纖支架所裹覆的部分需去除涂覆層，所述光纖支架為低熔點(diǎn)的玻璃； (7)所述光纖的纖芯為高熔點(diǎn)的熔石英玻璃，利用光纖支架和光纖的熔點(diǎn)差，通過加熱或CO2激光器將兩者熔在一起，必要時(shí)，在兩者的縫隙間填充低熔點(diǎn)玻璃粉，當(dāng)使用光功率不高時(shí)，用折射率高于1.47的高折射率膠水粘接兩者，且在使用波段的透過率良好； (8)裝配之后，研磨光纖端帽的端面，并在高倍顯微鏡下檢測通光面，為保證高功率使用而不損傷光纖端帽的端面，通光區(qū)域的光潔度應(yīng)為0-0，即在高倍顯微鏡下無點(diǎn)子與道子；或在裝配光纖支架之前，使用特殊夾具，直接研磨拋光光纖端帽的端面，而不研磨光纖支架，研磨過程中注意控制所需的端帽長度在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)； (9)在研磨好后的光纖端帽端面上鍍高損傷閾值增透膜； (10)將上述裝配好的構(gòu)件裝在一個(gè)套管內(nèi)中，所述套管為金屬管或玻璃管； (11)在套管內(nèi)相對光纖端帽的位置設(shè)置一準(zhǔn)直耦合透鏡，該準(zhǔn)直耦合透鏡兩側(cè)通光面需鍍高損傷閾值增透膜； (12)用已經(jīng)裝配好的標(biāo)準(zhǔn)組件和功率計(jì)調(diào)整光纖端帽與準(zhǔn)直耦合透鏡之間的間隙，調(diào)整到光損耗最小，然后點(diǎn)上膠水，待膠水固化后，光纖端帽與準(zhǔn)直耦合透鏡之間的間隙即固定；或通過光斑測試儀測試出射光束設(shè)計(jì)束腰及工作距離位置光斑大小的方式，進(jìn)而確定光纖端帽與準(zhǔn)直耦合透鏡的間隙，待間隙調(diào)整好之后，點(diǎn)上膠水，待膠水固化后，光纖端帽與準(zhǔn)直耦合透鏡之間的間隙即固定；當(dāng)套管采用金屬管時(shí)，或通過在金屬管上開螺紋孔，使用螺釘固定光纖端帽；或使用螺紋連接的方式固定套管和光纖支架，然后用螺紋膠固定光纖端帽與準(zhǔn)直耦合透鏡的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)的制作方法，其特征在于:所述套管與光纖支架之間設(shè)置有裹覆光纖支架及該處光纖的散熱固定管，所述光纖被散熱固定管所裹覆的部分也需去除涂覆層，所述散熱固定管為金屬管或玻璃管；所述散熱固定管與光纖之間留有間隙，以使光纖內(nèi)光功率較高時(shí)，該間隙內(nèi)填充有折射率大于1.47的高折射率膠水。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高功率光纖光學(xué)準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)及其制作方法，包括光纖，所述光纖出射端設(shè)置有對光進(jìn)行擴(kuò)束的光纖端帽，該光纖出射端所在的端部外套設(shè)有管狀的光纖支架，所述光纖被光纖支架所裹覆的部分需去除涂覆層，所述光纖端帽的出射端面外設(shè)置有準(zhǔn)直耦合透鏡，所述光纖支架和準(zhǔn)直耦合透鏡均套設(shè)在同一套管內(nèi)。裝置能夠承受高功率光輸出，大大提高裝置的使用壽命。極大提高準(zhǔn)直耦合系統(tǒng)的傳輸和耦合功率，可以有效應(yīng)用在傳輸和耦合功率要求較高的系統(tǒng)中。
【IPC分類】G02B6-32
【公開號】CN104570224
【申請?zhí)枴緾N201510080935
【發(fā)明人】李建東
【申請人】福州騰景光電科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月13日