[发明专利]一种高功率光纤整形准直输出器

说明书

一种高功率光纤整形准直输出器，用于高功率激光的光纤整形准直，使用光纤直接熔接特殊构造的石英端帽，用于对光场进行一体化可控整形准直调光，在前端合适位置采用毛化处理，降低回返光的光学危害。

技术领域

本发明涉及一种高功率光纤整形准直输出器，其可为实现激光高功率整形准直输出提供技术方案。

背景技术

在随着光纤激光技术的快速发展，激光已被广泛应用在传感、雷达、通讯、工业加工、激光除障、科学研究等众多方向。在以上应用中，基本都会用到光纤激光准直技术，其对应的光学器件为光纤激光准直输出器，光纤准直输出器具体主要被用于光路之间的空间耦合、激光光束远距离传输、光束长焦输出几个方面。市场上常规高功率光纤准直输出器主要采用光纤与光学透镜组方式来实现光纤激光的空间耦合准直输出；同时目前的现有技术有一些将光纤直接与石英透镜熔接成一个整体(如CN203561768U，CN103941348A等)，然而这些光纤准直器只能实现简单的准直，无法对输出的光场有效的整形，通常还需要后面再设置对应的整形部件，这样造成了损耗增大，对准困难，效果不好等问题。

另外，当准直器用于高功率双包层光纤输出时，其外侧包层的反向光会非常强，只使用通常的8度角或是镀增透膜等，是无法抑制高功率双包层光纤在准直输出时的反向光的或工业加工带来的高功率反射光，这会造成器件和系统的损害。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高功率光纤整形准直输出器，克服了现有技术的不足，设计合理。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高功率光纤整形准直输出器，用于对高功率光纤激光的输出整形准直。该整形准直输出器包括光纤，优选为大模场双包层光纤；整形准直输出石英端帽，优选的，整形准直输出石英端帽可以镀膜；光纤外包层毛化区；光纤与整形准直输出石英端帽熔接区。大模场双包层光纤在一些实施例下选用高功率50/400μm参数(纤芯/直径)、数值孔径NA为0.12的常规大模场双包层光纤；整形准直输出石英端帽：该端帽为了与光纤进行熔接，端帽与光纤熔接端优选为锥形结构设计，光纤与石英端帽熔接区：光纤与石英端帽都由石英材质组成，因此可以采用直接熔接的方法将两部分进行无缝隙连接，熔接方式可采用目前已成熟的二氧化碳激光或三电极的熔接技术进行熔接。

整形准直输出石英端帽输出端采用整形准直光学元件，优选地可以采用锥形、抛物线形、阵列曲面，这些面型可以针对具体的整形准直需求进行具体的曲率设计或是阵列曲面设计，使得输出光经过一体化的整形准直输出，优选地，该光纤准直输出器整形激光输出光斑直径为数个毫米，经过高斯光束传输拟合后，该整形输出器准直光束边缘光纤发散角约10^-4。但是这些面型仍然面临着设计自由度不够，不能够解决复杂光场或是高精度光场需求下的一体化整形准直输出。

基于此，发明人意识到可以采用衍射光学微结构元件(DOE)作为整形准直输出石英端帽的输出端，对输出激光能量横向分布进行整形准直输出。衍射光学元件为多阶相位结构，其利用浮雕微结构实现光束整形。通常，我们对于高功率光纤激光的输出，除了对M²因子，束腰位置，束腰宽度等等有要求外，优选地，尤其的还需要降低发散角度和提高远场均匀度，而使用衍射光学微结构作为输出面型则可以一体化的调整整个光场的整形结果，实现各种要求的光束输出，尤其的适合符合此类的要求。

常规的衍射光学元件，其在实现大扩散角光场的准直输出的时候，其部分浮雕微结构需要较高，另一些浮雕微结构则需要较低，造成制造困难和光场的均匀度降低，另外在结构设计的算法中计算复杂度提升，模拟过程中容易出现不合理的设计结果。

优选地，整形准直输出石英端帽的输出端面轮廓为外凸状曲面结构，在曲面的至少部分或整体上具有衍射光学浮雕微结构，其在光纤的输出模式上实现了低损耗易实现的准直同时整形的输出，具体的整形输出光场包括但不限于平顶匀滑光场，自定义轮廓的光束匀化镜，光束分束，长焦深聚焦，多波长聚焦等等。