红外传能光纤的传能特性研究进展

发布时间：2021-01-18 20:48

　　大功率激光以其独特的优势在工业、军事和医疗等领域得到了广泛的应用,而传能光纤也随之越来越受到重视。这是由于传能光纤具有可柔性传输、结构简单、传输效率高、环境适应性强等显著优点,特别适用于传输光路复杂或者使用空间受限的场合。当激光波长大于1.7μm时,传统石英光纤的传输损耗会急剧增加,难以满足光纤传能的基本要求,而红外传能光纤的优良特性显示了巨大的应用潜力,引起了人们极大的兴趣。于是大量针对红外传能光纤的传能特性的研究工作被开展,具体包括:传能光纤耦合条件及方式,耦合传输效率影响因素,传能光纤损伤机理以及损伤概率测量等。随着研究的不断深入,目前红外传能光纤的传输效率和传能容量已经达到了比较高的水平。 

【文章来源】：激光与红外. 2020,50(08)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

光纤传输激光导致光斑分布变化情况

其中,din为激光在传能光纤入射端面处的直径;dcore为传能光纤的纤芯直径;θin为激光发散角;NA为传能光纤的数值孔径[8]。如图2所示。常用的耦合方式有两种:单透镜直接聚焦和光束变换后再聚焦。单透镜直接聚焦方式只有两个光学界面,能量传输损耗相对较小,但是其聚焦效果有限;而光束变换后再聚焦则是先通过镜组对激光光束进行准直、扩束,然后再通过聚焦镜聚焦。该种方式的光学界面较多,会增大激光的传输损耗,但是其聚焦效果良好。因此,对于耦合聚焦方式的选择需要根据具体使用条件及要求来确定。

在光纤耦合过程中,激光与传能光纤的对准误差会破坏光纤耦合的基本条件,从而影响耦合效率。对准误差具体包括:光斑聚焦平面与光纤端面位置的纵向间距误差,聚焦光束的光轴与光纤光轴的横向误差以及聚焦光束光轴与光纤光轴的角度误差[9-10],如图3所示。中国工程物理研究院的赵兴海等分别通过仿真和实验的方法研究了对准误差对耦合效率的影响,结果表明横向误差对激光注入光纤耦合效率的影响最大。当激光从空气介质进入传能光纤纤芯时,会不可避免的存在菲涅尔反射。该反射不仅会造成一定的反射损耗,影响耦合效率,同时也可能对激光器产生影响。在光纤端面镀增透膜是一种比较好的降低端面菲涅尔反射影响的方法,但该方法对镀膜工艺以及设备有一定的要求[11-12]。随着技术的进步,目前已经有多个公司具备这样的镀膜能力。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]熔锥型光纤耦合器折射率传感特性研究[J]. 许爱雪,李燕,谢飞,李国玉,杨康,刘明生.  激光与红外. 2017(04)
[4]2kW级高功率传能光纤组件[J]. 张志研,王奕博,陈寒,高文焱,于海娟,张玲,林学春.  中国激光. 2014(12)
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[7]光纤传能特性研究[J]. 赵兴海,高杨,徐美健,段文涛,於海武.  激光杂志. 2008(01)
[8]大功率固体激光器高效率光纤耦合[J]. 王宝华,姜梦华,惠勇凌,李强.  中国激光. 2008(02)
[9]激光在机械制造技术中的应用[J]. 王涛,古桂茹,李玉翔,姚建铨,刘宝利,蔡彬晶.  激光杂志. 2006(03)
[10]光纤耦合问题的研究及球形端面光纤的应用[J]. 马惠萍,刘丽华,杨乐民,李鹏生.  光电工程. 2002(04)

博士论文
[1]强激光诱导光学元件损伤的研究[D]. 邱荣.中国工程物理研究院 2013

硕士论文
[1]二氧化碳激光柔性传输系统的设计[D]. 韩玲.燕山大学 2013
[2]传能光纤仿真研究[D]. 路永涛.电子科技大学 2009
[3]高峰值功率激光的光纤传能特性研究[D]. 赵兴海.中国工程物理研究院 2007



本文编号：2985647