[发明专利]一种微结构激光加工头、加工系统及调试加工方法

说明书

本发明涉及一种微结构激光加工头、加工系统及调试加工方法。克服采用激光在光纤表面进行微结构加工时，存在的一致性较差及效率较低的问题。加工头包括加工头座体及固定在加工头座体上的光学组件；加工头座体上开设通孔及激光入射孔，光学组件包括分光组件及n组独立聚焦模组；分光组件固定在通孔内，用于将激光加工光束分为n束；n组独立聚焦模组沿通孔内壁周向均布，用于将n束子光束调焦整形及滤光。加工系统包括上述加工头。加工时，将光纤穿入激光加工头座体上的通孔，确保与通孔轴向中心线重合；当激光加工光束从激光入射孔进入加工头后，带动激光加工头沿光纤轴向运动，则可在光纤表面一次加工出多列均匀分布的微结构。

技术领域

本发明涉及一种周期性微结构加工方法，尤其涉及一种微结构激光加工头、加工系统及调试加工方法。

背景技术

晶体光纤是以激光晶体为纤芯的新型功能晶体材料，结合了单晶增益和光纤激光的核心理念，可用为高功率光纤激光器的增益介质。为了实现高功率激光输出，首先需要制备高质量的包层结构，目前玻璃光纤所使用的包层大多数为二氧化硅，结合玻璃光纤良好的耦合效率，可以最大程度的提高玻璃光纤的光波导性能。然而，二氧化硅与晶体光纤的光学及热学性能(如折射率、热导率、热膨胀系数等)适配性较差，导致包层稳定性差，光波导效率低。

为了克服上述问题，目前，可通过表面腐蚀或微纳加工的方法在晶体光纤的表面加工周期性微结构(光纤截面如图1所示)，作为晶体光纤包层，微结构光纤包层将光束限制在纤芯内部，实现全反射，相比于传统的外置包层，微结构光纤包层避免了包层材料与纤芯材料耦合带来的能量损耗，降低了光纤纤芯尺寸和光波导模数，从而提高光纤的热管理性能。

由于表面腐蚀方案存在污染、微结构形貌控制不精确等问题，因此通常采用直接加工微米级的阵列结构形成微结构光纤包层。传统的机械加工受限于刀具尺寸和加工应力等因素，无法实现微结构光纤包层的加工。激光加工具有高精度、高灵活性等优势，是目前唯一可用来实现微结构光纤包层制造的手段。然而，采用激光在光纤表面进行微结构加工时，仍存在以下两个问题：1)受限于机械结构旋转轴精度，逐条加工的光纤微结构在光纤截面分布不均匀，且一致性较差；2)逐条加工光纤微结构效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种微结构激光加工头、加工系统及加工方法，以克服采用激光在光纤表面进行微结构加工时，存在的一致性较差及效率较低的问题。

本发明的技术方案是提供一种微结构激光加工头，其特殊之处在于：包括加工头座体及固定在加工头座体上的光学组件；

上述加工头座体上开设通孔及激光入射孔，上述通孔与激光入射孔的轴线相互垂直；上述通孔的孔径大于棒状待加工件的外径；加工时，将棒状待加工件沿轴向插入上述通孔内，通过调整，需确保棒状待加工件的轴向中心线和通孔的轴向中心线重合；

上述光学组件包括分光组件及n组独立聚焦模组；其中n为大于等于2的自然数；

上述分光组件固定在通孔内，用于将通过激光入射孔入射至通孔内的激光加工光束分为n束激光加工子光束；

上述n组独立聚焦模组沿通孔内壁周向均布，每组独立聚焦模组形成一条激光加工子光路；

上述n组独立聚焦模组用于将n束激光加工子光束调焦整形及滤光，使得n束激光加工子光束的焦斑沿棒状待加工件的外周面周向均布、n束激光加工子光束的焦斑形貌一致及n束激光加工子光束具有相同的激光功率；

激光加工光束通过激光入射孔入射至通孔内，经分光组件分为n束激光加工子光束，n束激光加工子光束分别进入n组独立聚焦模组；经独立聚焦模组调焦、整形及滤光后出射。

进一步地，上述n组独立聚焦模组包括1组基准聚焦模组与n-1组出射角可调的聚焦模组；

1组基准聚焦模组包括沿光路设置的第一调焦整形固定组、第一调焦整形移动组以及第一可调滤光片；