[发明专利]一种消像差的万瓦级光纤连接器

说明书

一种消像差的万瓦级光纤连接器属于激光技术领域，包括光纤输入端、准直透镜组、聚焦透镜组、光纤输出端和镜片水冷装置。准直透镜组包括第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜；聚焦透镜组包括第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜；光纤输入端、光纤输出端与各透镜在光的传播方向上依次同轴排列。本发明采用4片球面镜和2片非球面镜设计，降低成本的同时具有消像差功能；透镜的材料和膜层具有高损伤阈值，设有冷却装置可用于万瓦级光纤激光的传输；并且具有良好的互换性和兼容性，适用于不同数值孔径的光纤传输，有效解决了光源到工作站的长距离传输问题。

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，具体涉及一种消像差的万瓦级光纤连接器。

背景技术

近年来，随着光纤制备技术的成熟，利用光纤传输高能激光束已广泛应用于工业、国防、医疗、信息等领域。采用光纤传输高能激光束具有以下的优势：(1)光纤可柔性化传输使光源很容易与机器人手臂集成，从而实现三维加工；(2)随着光纤制备技术的不断完善，石英光纤在1μm波长附近的传输损耗已降低到1dB/km以下，接近由瑞利散射决定的最低极限；(3)加工头移动的过程中激光传输距离不变，因此不会产生焦点漂移，并且光纤传输安全性能更好。为了实现从光源到光纤、从光纤到光纤以及光纤与工作站之间光能量高效率传输，光纤连接器作为不可或缺的传输器件，它把光纤的两个端面精密对接起来，使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收端光纤中，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，这是光纤连接器的基本要求。在一定程度上，光纤连接器影响了光传输系统的可靠性和各项性能。目前，光纤通信中低功率的光纤连接器已经成熟，并且在光通信系统、光信息处理系统、光学仪器仪表中被广泛应用。然而，在激光加工、激光测距、光电对抗等领域则需要大功率、高能量的激光连接器。

目前，功率高达万瓦级的激光在光纤耦合过程仍存在着未解决问题：(1)由于高功率激光的照射，会导致镜片被加热至高温状态，造成镜片形变甚至损坏。模拟数据表明当输出功率达到1万瓦时，石英玻璃镜片轴向热膨胀约2mm，折射率由镜片边缘到镜片中心从1.66变化至1.75，所产生的焦点飘移为1.5mm；其次由于功率密度过高造成的增透膜损伤也会导致镜片透过率下降；这些因素都会影响光纤连接器的耦合效率，甚至损坏整个激光系统。因此万瓦级的光纤连接器需加装水冷装置，控制镜片表面温度在100℃以下。(2)除了热效应会影响光纤连接器的耦合效率以外，光束质量也是影响万瓦级光纤连接器性能的重要指标之一。当入射光斑的直径大于光纤芯径或者入射光束的发散角大于光纤数值孔径时，部分激光将沿着包层的波导进行传输，此过程中激光会在某个位置溢出到涂覆层中，从而在该处形成薄弱点，极易造成光纤烧毁。因此，欲将大功率激光耦合进光纤纤芯中，必须保证较高的光束质量，即满足入射光束的光束参数乘积BPP_laser小于光纤固有的光束参数乘积BPP_fiber，这也是光纤连接器光学系统设计时的重要依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种消像差的万瓦级光纤连接器，该光纤连接器的采用4片球面镜和2片非球面镜设计，降低成本的同时具有消像差功能；透镜的材料和膜层具有高损伤阈值，整个光学系统设有冷却装置可用于万瓦级光纤激光的传输；并且该光纤连接器具有良好的互换性和兼容性，适用于不同数值孔径的光纤传输，满足市面上大多数光传输设备、光附属设备、光测试仪表的转接需求，有效解决了光源到工作站的长距离传输问题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种消像差的万瓦级光纤连接器，包括同轴设置的光纤输入端、准直透镜组、聚焦透镜组、光纤输出端和镜片水冷装置，其中：

所述准直透镜组包括第一正光焦度弯月凸透镜、第一非球面负光焦度凹透镜、第一正光焦度凸透镜；聚焦透镜组包括第二正光焦度凸透镜、第二非球面负光焦度凹透镜、第二正光焦度弯月凸透镜；镜片水冷装置包括内壁和外壁；