一种基于空芯反谐振光纤的高功率超短脉冲柔性传输系统的制作方法

本发明涉及光学技术领域，更具体地，涉及一种基于空芯反谐振光纤的高功率超短脉冲柔性传输系统。

背景技术：

随着激光器的发展越来越迅速，激光的应用越来越广泛，激光目前的主要应用的领域有工业、医疗、商业、科研、信息和军事，所以将空间中的激光进行高效地传输就变得相当重要了，以前对于空间激光的传输是利用透镜和反射镜进行空间传输，这样进行传输的方式具有很大的局限性，由于透镜和反射镜位置的限制，这样的激光不能进行灵活的传输，这就使得激光的应用受到很大的限制，尤其是激光加工领域，需要对加工的对象进行全方位的加工，这就要求激光作用位置进行灵活的变换。

随着科学技术的发展出现了光纤，它能对光进行很好的柔性传输，随着各种新型高功率激光器与激光加工设备不断涌现，更多的激光加工设备采用光纤传输激光的方式来取代传统的镜片反射光传输方式。激光柔性传输是激光加工设备的发展趋势。

但是需要将空间中的激光耦合光纤才能进行很好地传输，特别是对于实芯光纤，传输的波长受到材料吸收的限制，传输带宽不能够很长，而且受到材料本身的影响，传输的损耗不能降低得太低，所以长距离传输会受到一定的限制，而且对于光纤材料来说具有一定的非线性，在高功率超短脉冲的传输中很容易产生非线性，所以在高功率超短脉冲的传输中也会十分受限。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于空芯反谐振光纤的高功率超短脉冲柔性传输系统，解决了现有技术中在高功率超短脉冲的传输中很容易产生非线性、传输受限的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种高功率超短脉冲柔性传输系统，包括依次设置的激光入射端、第一光纤接头、空芯反谐振光纤、第二光纤接头；所述激光入射端包括耦合装置和聚焦透镜，激光光束通过耦合装置耦合后通过聚焦透镜，所述聚焦透镜的轴线与第一光纤接头的轴线重合，所述第一光纤接头、空芯反谐振光纤、第二光纤接头依次连接。

作为优选的，所述耦合装置包括第一反射镜、第二反射镜、第一透镜、第二透镜；所述第二反射镜设于所述第一反射镜的反射光路上，所述第二反射镜的反射光路正对所述第一透镜中心，所述第一透镜、第二透镜构成望远镜系统，所述聚焦透镜设于所述第二透镜的输出光路上。

作为优选的，所述第一透镜和第二透镜同轴安装，且所述第一透镜和第二透镜的位置、间距可调。

作为优选的，所述第一反射镜、第二反射镜的位置、角度可调，所述第二反射镜的轴线与第一透镜的轴线相交。

作为优选的，所述第一光纤接头远离空芯反谐振光纤的一侧设有第一光学窗口，所述第二光纤接头远离空芯谐振光纤的一侧设有第二光学窗口。

作为优选的，所述第二光纤接头还连接有准直透镜，所述准直透镜的焦点位于所述空芯反谐振光纤的端面上。

作为优选的，所述第一光纤接头还连接有光缆插板，所述光缆插板上设有光缆插口，所述空芯反谐振光纤通过光缆插口直插在光缆插板上，所述聚焦透镜的输出光路正对所述光缆插口。

作为优选的，所述空芯反谐振光纤外侧设有水冷层，所述第一光纤接头和所述第二光纤接头上都分别设有连通所述水冷层的两个水冷接口，用于向水冷层注入和排出水。

作为优选的，所述第一光纤接头和所述第二光纤接头上都分别设有连通所述空芯反谐振光纤端面的两个气体接口，用于将气体充入或排出所述空芯反谐振光纤。

本申请提出一种基于空芯反谐振光纤的高功率超短脉冲柔性传输系统，通过将光耦合到空芯反谐振光纤中进行传输，耦合效率高，并且光是在纤芯中进行传播，纤芯中可以通过光纤连接头充入惰性气体，不会有材料的吸收和非线性效应的影响，空芯反谐振光纤具有低的损耗，宽的传输带宽，该系统还能通过光纤连接头对空芯反谐振光纤充入气体，并且光纤连接头还能对空芯反谐振光纤进行水冷，这对于高功率超短脉冲的传输来说具有很大的优点，在工业、医疗、商业、光通信和军事应用等领域有很好的应用前景。

附图说明

图1为根据本发明实施例的高功率超短脉冲柔性传输系统结构示意图；

图2为根据本发明实施例的第二光纤连接头剖面图。

附图标记：

激光光束-1第一反射镜-2第二反射镜-3第一透镜-4

第二透镜-5聚焦透镜-6第一光学窗口-7第一光纤接头-8

第一冷水接口-9第一气体接口-10第二气体接口-11

第二冷水接口-12空芯反谐振光纤-13第三冷水接口-14

第三气体接口-15第四气体接口-16第四冷水接口-17

第二光纤接头-18第二光学窗口-19准直镜头-20光缆插板-21

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本实施例中，如图1所示，一种高功率超短脉冲柔性传输系统，包括依次设置的激光入射端、第一光纤接头8、空芯反谐振光纤13、第二光纤接头18；所述激光入射端包括耦合装置和聚焦透镜6，激光光束1通过耦合装置耦合后通过聚焦透镜6，所述聚焦透镜6的轴线与第一光纤接头8的轴线重合，所述第一光纤接头8、空芯反谐振光纤13、第二光纤接头18依次连接。将激光耦合进空芯反谐振光纤13中传输时，耦合效率可以很高，而且光是在空气中进行传播，没有材料本身限制的影响，传输带宽可以很宽，传输损耗可以降得很低，可以长距离地传输，而且也没有材料非线性的影响，有需要的话，还可以充入其他惰性气体，这在高功率超短脉冲传输中具有很大的优势。空芯反谐振光纤是利用反谐振理论(anti-resonantreflectingopticalwaveguide，arrow)进行导光的，即在空芯反谐振光纤中，当石英壁厚度t确定时，波长满足式(n为石英折射率，m为正整数)的光会在石英中发生谐振，泄漏到包层外，而其余波长的光由于反谐振会反射回纤芯从而进行传输，所以有很宽的导光通带(200-800thz)，而且损耗很小。

如图1中所示，图中的激光入射端、第一光纤接头8、空芯反谐振光纤13、第二光纤接头18都设于一安装板上。

具体的，在本实施例中，所述耦合装置包括第一反射镜2、第二反射镜3、第一透镜4、第二透镜5；所述第二反射镜3设于所述第一反射镜2的反射光路上，所述第二反射镜3的反射光路正对所述第一透镜4中心，所述第二透镜5的焦点在所述第一透镜4的焦点附近，第二透镜5可以进行移动，通过调整第二透镜5的位置，使激光光束1的直径进行扩大或者缩小，以使激光光束1和空芯反谐振光纤13进行模场匹配，达到高的耦合效率，所述第一透镜4、第二透镜5构成望远镜系统，所述聚焦透镜6设于所述第二透镜5的输出光路上，通过更换不同焦距的聚焦透镜6，对光束进行聚焦，可以使光束和空芯反谐振光纤13的模场进行完美的匹配，获得更加高的耦合效率，实现最大的光束传输，减少光束传输过程中的损耗。

在本实施例中，所述第一透镜4和第二透镜5同轴安装，且所述第一透镜4和第二透镜5的位置、间距可调。在本实施例中，所述第一透镜4、第二透镜5可使用相同或不同焦距的透镜，且第一透镜4、第二透镜5的位置和间距可以调整，可以通过滑动安装进行位置调整，调整范围至少在5cm，通过调节第一透镜4、第二透镜5的位置和间距可以改变光斑直径，更好的与空芯反谐振光纤13的模式进行匹配，提高空芯反谐振光纤13的耦合效率，使系统传输效率更高，其传输效率可以超过90％。

在本实施例中，所述第一反射镜2、第二反射镜3的位置、角度可调，所述第二反射镜3的轴线与第一透镜4的轴线相交。第二反射镜3的轴线与第一透镜4的轴线相交，通过调整第一反射镜2和第二反射镜3的位置和角度，可以使激光光束1高精度的通过第一透镜4的中心，并且激光光束1垂直于空芯反谐振光纤13输入端面，经过第二透镜5，再透过聚焦透镜6将激光光束1聚焦耦合进空芯反谐振光纤13，通过调节光缆插板21，使光缆插板21与聚焦透镜6距离缩小，将激光光束1更好地耦合进空芯反谐振光纤13，使得耦合效率能够更高，实现低损耗的激光传输。

在本实施例中，所述第一光纤接头8远离空芯谐振光纤的一侧设有第一光学窗口7，所述第二光纤接头18远离空芯谐振光纤的一侧设有第二光学窗口19。光学窗口是光学系统中直接暴露在环境中的光学元件，可以降低环境、温度对激光传输的影响。如图2所示，为第二光学窗口19分别设于所述第二光纤接头18内部示意图，图1中只是示出第一光学窗口7、第二光学窗口19分别位于所述第一光纤接头8、第二光纤接头18对应的位置处，并不是实指其就是第一光学窗口或第二光学窗口。

在本实施例中，所述第二光纤接头18还连接有准直透镜20，所述准直透镜20的交点位于所述空芯反谐振光纤13的端面上。第二光学窗口19和准直透镜20设于所述第二光纤接头18内，可通过准直透镜20对空芯反谐振光纤13输出的激光进行准直输出。图1中的准直透镜20只是标出其安装于第二光纤接头18的位置，并不是实指其就是准直透镜20，如图2所示，为准直透镜20的具体安装示意图。

在本实施例中，所述第一光纤接头8还连接有光缆插板21，所述光缆插板21上设有光缆插口，所述空芯反谐振光纤13通过光缆插口直插在光缆插板21上，所述聚焦透镜6的输出光路正对所述光缆插口。激光光束1可以通过光缆插口直接传输至空芯反谐振光纤13，而且空芯反谐振光纤13可以通过光缆插口直接在光缆插板21上进行插拔，便于更换不同的空芯反谐振光纤13，空芯反谐振光纤13外部包裹有水冷层，构成空芯反谐振光纤光缆，空芯反谐振光纤光缆可以通过光缆插口直接在光缆插板21上进行插拔，空芯反谐振光纤光缆的长度可以变换，空芯反谐振光纤光缆传输带宽范围可以从紫外到中红外，损耗至少能降至34db/km，单模性好，损伤阈值高。

在本实施例中，所述空芯反谐振光纤13的输入端连接有第一光纤接头8，所述第一光纤接头8包括四个接口，分别为第一气体接口10、第二气体接口11、第一水冷接口9、第二水冷接口12；其中，第一气体接口10和第二气体接口11与空芯反谐振光纤13的端面连通，用于向空芯反谐振光纤13中充入或排出气体，具体的，所述第一气体接口10用于将气体充入空芯反谐振光纤13，第二气体接口11用于将气体排出空芯反谐振光纤13，在本实施例中，可以向空芯反谐振光纤13中充入惰性气体，使得传输过程中不会有材料的吸收和非线性效应的影响，空芯反谐振光纤13损耗可以很低，增加了传输带宽宽度。第一水冷接口和第二水冷接口与空芯反谐振光纤13外部包裹的水冷层连通，用于向水冷层中注入或排出水，以达到水冷的目的，具体的，所述第一水冷接口9用于向水冷层中注入水，第二水冷接口12用于将水冷层中的水排出，本实施例中的此项方案这对于高功率超短脉冲的传输来说具有很大的优点，在工业、医疗、商业、光通信和军事应用等领域有很好的应用前景。

在本实施例中，所述空芯反谐振光纤13的输入端连接有第二光纤接头18，所述第二光纤接头18包括四个接口，分别为第三气体接口15、第四气体接口16、第三水冷接口14、第四水冷接口17；其中，第三气体接口15和第四气体接口16与空芯反谐振光纤13的端面连通，用于向空芯反谐振光纤13中充入或排出气体，具体的，所述第三气体接口15用于将气体充入空芯反谐振光纤13，第四气体接口16用于将气体排出空芯反谐振光纤13，在本实施例中，可以向空芯反谐振光纤13中充入惰性气体，使得传输过程中不会有材料的吸收和非线性效应的影响，空芯反谐振光纤13损耗可以很低，增加了传输带宽宽度。第三水冷接口14和第四水冷接口17与空芯反谐振光纤13外部包裹的水冷层连通，用于向水冷层中注入或排出水，以达到水冷的目的，具体的，所述第三水冷接口14用于向水冷层中注入水，第四水冷接口17用于将水冷层中的水排出，本实施例中的此项方案这对于高功率超短脉冲的传输来说具有很大的优点，在工业、医疗、商业、光通信和军事应用等领域有很好的应用前景。

本申请提出一种基于空芯反谐振光纤的高功率超短脉冲柔性传输系统，通过将光耦合到空芯反谐振光纤中进行传输，耦合效率高，并且光是在纤芯中进行传播，纤芯中可以通过光纤连接头充入惰性气体，不会有材料的吸收和非线性效应的影响，空芯反谐振光纤具有低的损耗，宽的传输带宽，该系统还能通过光纤连接头对空芯反谐振光纤充入气体，并且光纤连接头还能对空芯反谐振光纤进行水冷，这对于高功率超短脉冲的传输来说具有很大的优点，在工业、医疗、商业、光通信和军事应用等领域有很好的应用前景。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。