一種帶包層模式剝離的激光傳輸光纖的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶包層模式剝離功能的激光傳輸光纖，包括裸光纖、液態金屬層和保護套管，其中，裸光纖包括纖芯和包覆于纖芯外的包層，保護套管套于裸光纖外，液態金屬層位于裸光纖與保護套管之間。該激光傳輸光纖能夠及時將泄露至包層的激光剝離，避免熱量集中，同時液態金屬的散熱性好，使得激光傳輸光纖不易損壞，提高了激光傳輸光纖的使用壽命，可以廣泛用于需要傳輸高功率激光領域，例如激光加工。
【專利說明】
一種帶包層模式剝離的激光傳輸光纖
技術領域
[0001 ]本發明屬于激光技術領域，涉及一種激光傳輸光纖。
【背景技術】
[0002]隨著激光技術的不斷發展，各種新型高功率激光器與激光加工設備不斷涌現，更多的激光加工設備采用光纖傳輸激光的方式來取代傳統的鏡片反射光傳輸方式。激光柔性傳輸是激光加工設備的發展趨勢。
[0003]傳統的激光傳輸光纖結構包括纖芯、包層和涂覆層，涂覆層的材料一般為聚合物。在高功率激光耦合進入傳輸光纖時，由于光學耦合系統沒有調整到位或由于光纖過度彎曲，都會使光纖纖芯中傳輸的激光進入光纖包層，使熱量在包層和涂覆層界面處積累，從而使涂覆層燒毀，并進而燒毀包層和光纖纖芯。為防止此情況發生，在傳輸高功率激光時，一般在高功率傳輸光纖的兩端，長度為5厘米到20厘米，會去除一定長度的涂覆層，取而代之的是一定厚度的高折射率膠，高折射率膠折射率大于光纖包層石英折射率，形成光纖包層模式剝離器，來消除有害的包層光。
[0004]然而，這種情況下，熱量會在高折射率膠處積累，高折射率膠常期工作在較高溫度下，其性質會發生改變，影響整個激光傳輸光纖的性能，甚至燒毀光纖涂覆層。另外，光纖在中間部分彎曲時，仍有可能使纖芯的激光，傳輸到包層中，導致光纖燒毀。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了解決上述【背景技術】存在的不足，提供了一種帶包層模式剝離的激光傳輸光纖，旨在解決由于激光進入包層后熱量在包層與涂覆層之間積累導致光纖燒毀的問題，本發明中激光傳輸光纖可用于千瓦級別以上激光功率傳輸。
[0006]為達到上述目的，本發明提供了一種帶包層模式剝離的激光傳輸光纖，激光傳輸光纖包括裸光纖、液態金屬層和保護套管。
[0007]裸光纖，包括纖芯和包覆于纖芯外的包層，用于傳輸光信號，并使光信號約束在纖芯中傳輸。
[0008]保護套管，套于裸光纖外，用于保護裸光纖以及散熱。
[0009]液態金屬層，用于剝離泄露至包層的激光以及散熱，液態金屬層位于保護套管于包層之間。
[0010]進一步地，激光傳輸光纖還包括位于保護套管兩端的密封部件，密封部件與保護套管和裸光纖密封配合，用于同裸光纖和保護套管形成密閉空間，防止液態金屬層流失。[0011 ]進一步地，激光傳輸光纖還包括位于激光傳輸光纖輸入端的光纖端帽，用于保護光纖端面，降低光纖端面的功率密度，便于固定和夾持光纖。
[0012]進一步地，激光傳輸光纖還包括帶主動冷卻的封裝裝置，保護套筒位于帶主動冷卻的封裝裝置內部，用于冷卻保護套筒。
[0013]進一步地，裸光纖截面形狀為方形、圓形或八角形，可用作不同領域的高功率激光傳輸。
[0014]進一步地，液態金屬為常溫下為液態的萊、鎵或鎵銦錫合金。
[0015]進一步地，密封部件的材料為耐高溫的紫外固化膠或金屬錫。
[0016]進一步地，保護套管的材料為金屬銅，更利于散熱。
[0017]通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，取得以下有益效果:
[0018](I)本發明中激光傳輸光纖包含液態金屬層，液態金屬層能夠對進入包層的激光逐漸剝離，形成包層模式剝離器，避免熱量集中；其次，液態金屬層對包層中不同角度的激光具有不同的吸收率，避免熱量集中；另外，由于液態金屬層包覆整根裸光纖，在整根激光傳輸光纖形成包層模式剝離，對于包層中任何位置的激光能夠及時剝離，避免熱量集中。
[0019](2)液態金屬沸點高，導熱性能好，有利于激光傳輸方向上的均勻傳熱，不形成熱累積效應;液態金屬材料在吸收包層光熱量后，能有效地把熱量傳遞至銅管，而銅管上的熱量可以通過主動冷卻或者被動冷卻散去。
[0020](3)這種激光傳輸光纖能夠及時有效地剝離包層中不期望的激光，避免熱量集中，同時能夠忍受高溫，還能夠將熱量迅速擴散的，使得激光傳輸光纖不易損壞，提高了激光傳輸光纖的使用壽命，可以廣泛用于需要傳輸高功率激光領域，例如激光加工。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是激光傳輸光纖的主視圖；
[0022]圖2是激光傳輸光纖的側視圖；
[0023]圖3是激光傳輸光纖包層模式剝離的原理圖；
[0024]其中，I為纖芯;2為包層;3為保護套筒;4為密封部件;5為液態金屬層。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]如圖1所示，裸光纖包括纖芯I和包覆于纖芯外的包層2，用于傳播激光同時將激光約束于纖芯內，本實施例裸光纖中的纖芯與包層的材料可以為現有光纖材料的任何一種，例如石英或者摻雜的石英材料，包層折射率小于纖芯的折射率，裸光纖截面形狀可以為現有裸光纖形狀的任何一種，例如圓形、方形或八角形，可用作各種領域的高功率激光傳輸光纖。
[0027]保護套筒3套于裸光纖外面，保護套筒3用于保護裸光纖不受外界環境的破壞，同時用于與液態金屬層進行熱交換，為了證保護套管有較好的彎曲與柔韌性，壁厚選擇為200微米至500微米。由于銅較優的導熱性，本實施例中保護套筒材料選擇為金屬銅材。
[0028]密封部件4位于保護套筒3兩端，與裸光纖和保護套筒3密封配合，選擇耐高溫且導熱性好的密封材料，如紫外固化膠、金屬錫等。
[0029]液態金屬層5位于由裸光纖、保護套筒3和密封部件4形成的密封空間內。液態金屬層太薄，會導致激光透射過液態金屬層，而液態金屬層太厚，會導致無法及時散熱，所以液態金屬涂層4厚度選擇在幾十微米到幾百微米。
[0030]如圖2所示，纖芯I截面為圓形，包層2、保護套筒3以及密封部件4截面均為環形。
[0031]如圖3所示，當某一角度的激光進入包層時，包層光每次在進入包層與液態金屬層界面時，有部分激光被吸收，剩下的激光被反射，激光在經過幾次反射后強度變弱，進入包層的激光被逐漸剝離出來，在不同點被逐漸吸收，液態金屬層上不易產生局部過熱情況；由于液態金屬層對不同角度的激光有不同的折射率，吸收率隨著角度不同而不同，這樣也可以使液態金屬層上不易產生局部過熱情況。
[0032]進一步，液態金屬層包覆于整根裸光纖，在整根激光傳輸光纖上形成包層模式剝離，可以有效剝離在激光束進入激光傳輸光纖時由于對準誤差、光束質量不匹配等原因而進入包層的激光，也可以有效剝離由于激光傳輸光纖的中部過度彎曲而進入包層的激光，還可以剝離由加工工件的反射而進入包層中的激光，這種在整根激光傳輸光纖上及時有效的剝離進入包層的不期望光能夠保證傳輸光纖不易被燒毀。
[0033]另外，由于保護套管在激光束傳播方向包圍液態金屬層，與液態金屬層有較大的接觸面積，有利于散熱，且液態金屬導熱性較好，熱量不易于在一處集中，保證傳輸光纖不易被燒毀。
[0034]這種激光傳輸光纖不僅能夠及時有效地剝離包層中不期望光，還能夠忍受高溫并將熱量迅速擴散的，提高了激光傳輸光纖的使用壽命，可以廣泛用于需要傳輸高功率激光領域，例如激光加工。
[0035]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種帶包層模式剝離的激光傳輸光纖，其特征在于，包括裸光纖、液態金屬層和保護套管，其中，裸光纖包括纖芯和包覆于纖芯外的包層，保護套管套于裸光纖外，液態金屬層位于由裸光纖和保護套管之間。2.根據權利要求1所述的激光傳輸光纖，其特征在于，還包括位于保護套管兩端的密封部件，所述密封部件與保護套管和裸光纖密封配合。3.根據權利要求1所述的激光傳輸光纖，其特征在于，還包括位于激光傳輸光纖輸入端的光纖端帽。4.根據權利要求1所述的激光傳輸光纖，其特征在于，還包括帶主動冷卻的封裝裝置，所述保護套筒位于所述帶主動冷卻的封裝裝置內部。5.根據權利要求1-4任一項所述的激光傳輸光纖，其特征在于，所述裸光纖截面形狀為方形、圓形或八角形。6.根據權利要求1-4任一項所述的激光傳輸光纖，其特征在于，所述液態金屬為萊、鎵或鎵銦錫合金。7.根據權利要求1-4任一項所述的激光傳輸光纖，其特征在于，所述密封部件的材料為紫外固化膠或金屬錫。8.根據權利要求1-4任一項所述的激光傳輸光纖，其特征在于，所述保護套管材料為金屬銅。
【文檔編號】G02B6/44GK106054332SQ201610572817
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月20日
【發明人】朱曉, 朱琛, 王嘉宇, 王海林, 朱廣志, 朱長虹, 齊麗君
【申請人】華中科技大學