[实用新型]兼具激光扩束输出和反射功能的双向光纤端帽

说明书

一种兼具激光扩束输出和反射功能的双向光纤端帽，包括光纤(11)和石英块(12)；石英块(12)为连接端面尺寸相同的圆台(18)、柱体(19)和输出曲面体(14)依次连接而成的一体结构；光纤(11)的一个端面与圆台(18)的较小端面熔接，形成界面(13)；光纤(11)的纤芯中心线延长线为圆台(18)和柱体(19)和输出曲面体(14)的中心线；输出曲面体(14)的曲面以光纤(11)的纤芯中心延长线与界面(13)的交点为球心、以石英块(12)中心线在圆台(18)和柱体(19)和输出曲面体(14)内的长度之和为曲率半径，曲面上镀有一定反射/透射率的膜层，本实用新型可实现激光的输出扩束和反射、反馈。

技术领域

本实用新型总体地涉及光纤激光领域，具体涉及一种兼具激光扩束输出和反射功能的双向光纤端帽。

背景技术

高功率光纤激光器在激光切割、激光熔覆、3D打印等领域有着广泛的应用。近年来，随着双包层光纤制作工艺和高亮度半导体激光器的功率提升，单路高功率光纤激光输出功率得到了飞速的发展，从21世纪初的100瓦提高到目前的10千瓦。随着光纤激光输出功率的不断提高，光纤纤芯中的功率密度也随之不断攀升。而由于光纤的输出端面在切割、研磨、抛光等处理的过程中，不可避免的会在光纤的端面留下缺陷与损伤，使得局部电场加强，造成材料破坏，所以在大功率光纤激光系统中，光纤输出端面处理是一项重要的核心技术。光纤端帽就是实现光纤端面保护的高功率光纤无源器件，通过对输出光束的扩束降低输出端的光功率密度，从而保护光纤端面不受损坏。

传统的光纤端帽主要用于光纤激光的独立输出或独立输入。目前，在光纤激光器领域应用较多的是具有光束输出功能的光纤端帽，通过将传能光纤与锥形的石英块熔接，达到光束扩束和保护输出端面的作用；这类光纤端帽需要在端面镀上增透膜，以严格防止激光反馈导致的激光器损伤，因此仅仅具有激光输出功能。在光纤耦合半导体激光器领域，为了实现可插拔的光纤尾纤，使用较多的是具有激光耦合功能的光纤端帽，将空间输入的激光通过锥形光纤端帽耦合到传能光纤纤芯中；这类光纤端帽也需要在端面镀上增透膜，保证激光耦合效率，避免激光功率损耗导致的热效应和光纤损伤。

目前而言，在一般输出扩束和输入耦合等常规应用中，都要求光纤端帽有较高的功率透过效率，同时避免可能导致系统不稳定的反馈。因此，目前尚无一种能够同时具备输出和反射功能的双向光纤端帽。

发明内容

针对上述已有技术的不足，本实用新型提供了一种兼具激光扩束输出和反射功能的双向光纤端帽，能够在实现激光输出扩束的同时，将激光反射耦合至光纤纤芯中。

本实用新型的技术方案是：一种兼具激光扩束输出和反射功能的双向光纤端帽，其特征在于，它包括光纤和与光纤连接的石英块；所述石英块为连接端面尺寸相同的圆台、柱体和输出曲面体依次连接而成的一体结构；所述光纤的一个端面与石英块的圆台的较小端面熔接，形成界面；所述光纤的纤芯中心线延长线为石英块的圆台和柱体和输出曲面体中心线；石英块的输出曲面体的曲面以光纤的纤芯中心延长线与界面的交点为球心，以石英块中心线在圆台和柱体和输出曲面体内的长度之和为曲率半径，以保证曲面反射的光束能够有效进入光纤纤芯中；石英块的输出曲面体的曲面上镀有与激光波长匹配、具有预定激光反射/透射率比值的膜层，以使所述膜层的激光反射率在0％～100％之间、激光透射率在100％～0％之间，实现不同的输出和反射功率比，激光经所述光纤纤芯从界面进入石英块中，激光光斑在石英块中传输并扩束，扩束后的激光束由石英块的输出曲面体的曲面端输出和反射。

进一步的，上述光纤是用于激光产生和传输的光纤，为掺稀土粒子的增益光纤或不掺稀土粒子的传能光纤；且光纤的横截面结构选自单包层、双包层和三包层结构的光纤横截面结构中的一种。

更进一步的，上述光纤的纤芯直径在10～200微米范围内，当光纤的横截面结构为双包层结构时，内包层直径在100～1000微米之间；外包层直径在250～2000微米之间。

进一步的，上述石英块的圆台的较小端面尺寸是光纤最外包层的直径的2～5倍。