CN106990494A - 一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构 - Google Patents

一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构 Download PDF

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Abstract

一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，有一个基板(1)，在基板(1)上表面刻有双向盘旋式凹槽(4)，双向盘旋凹槽(4)包括顺时针凹槽(24)和逆时针凹槽(34)，S形过渡凹槽(5)将顺时针凹槽(24)和逆时针凹槽(34)连接在一起，这样，顺时针盘旋的顺时针凹槽(24)通过S形过渡凹槽(5)与逆时针盘旋的逆时针凹槽(34平滑的连接在一起；顺时针凹槽(24)的输入端(20)开在基板(1的侧边上，逆时针凹槽(34)的输出端(30也开在基板(1)的侧边上，输入端(20)和输出端(30)在基板(1)的同一侧边或在不同的侧边；基板(1)上面盖有上盖(10)。本发明使光纤在盘旋凹槽中，彼此之间没有搭接、重叠或悬空，在高功率光纤激光器工作时，有效对光纤进行散热。

Description

一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构
技术领域
本发明一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，特别涉及一种光纤盘绕结构，具体是指一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构。
背景技术
光纤激光器具有光束质量好、转换效率高、结构紧凑小巧、便于维护管理等优点，在工业加工、3D打印、军事装备等领域具有广泛的应用前景。近年来，光纤激光器技术飞速发展，其输出功率不断提高，已经突破了10kW。
对于高功率光纤激光器而言，光纤的使用长度往往在数米乃至数十米量级。基于光纤激光器的工作原理，光纤中的增益介质在泵浦光的抽运激励下将实现波长转换，产生更高质量的激光，期间由于量子亏损等原因将产生大量废热。随着高功率光纤激光技术的发展，光纤的使用长度和散热压力将相应增加。
目前，往往将光纤盘绕至柱状、盘状等装置上，作为其工作和散热载体。但是，常规盘绕装置存在着光纤搭接、重叠、悬空等现象带来的散热接触不良，以及无法适应不同长度等问题。因此，急需一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，以解决上述常规问题，满足高功率光纤激光器的研制需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，以有效避免光纤搭接、重叠、悬空，并对光纤散热。
一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，有一个基板1，在基板1上表面刻有双向盘旋式凹槽4，双向盘旋凹槽4包括顺时针凹槽24和逆时针凹槽34，S形过渡凹槽5将顺时针凹槽24和逆时针凹槽34连接在一起，这样，顺时针盘旋的顺时针凹槽24通过S形过渡凹槽5与逆时针盘旋的逆时针凹槽34平滑的连接在一起；顺时针凹槽24的输入端20开在基板1的侧边上，逆时针凹槽34的输出端30也开在基板1的侧边上，输入端20和输出端30在基板1的同一侧边或在不同的侧边；基板1上面盖有上盖10。
在最里面的顺时针凹槽24盘旋的前、后段之间有一个或若干条跳圈凹槽6，或最里面的逆时针凹槽34盘旋的前、后段之间有一个或若干条跳圈凹槽6。
所述的顺时针凹槽24的输入端20旁，另有一个或多个附加输入端21，每个附加输入端21连接有附加入口凹槽27，附加入口凹槽27与顺时针凹槽24并行一段距离后，并入顺时针凹槽24。
所述的逆时针凹槽34的输出端30旁，另有一个或多个附加输出端31，每个附加输出端31连接有附加出口凹槽37，附加出口凹槽37与逆时针凹槽34并行一段距离后，并入逆时针凹槽34。
所述的括顺时针凹槽24连接有多个输入端20；所述的逆时针凹槽34上连接有多个输出端30。
顺时针凹槽24、逆时针凹槽34、S形过渡凹槽5和跳圈凹槽6的横截面积为U形V形或矩形。
所述的基板1和上盖10是由散热性好的金属材料或非金属材料制成。
本发明具有以下有益效果：(1)光纤在盘旋凹槽中，彼此之间没有搭接、重叠或悬空，在高功率光纤激光器工作时，有效避免了热量相互影响、积累，通过基板及时散去废热，适用于长周期稳定运行；(2)通过弧形跳圈凹槽可以改变所述盘绕装置凹槽总长度，可以适应多种不同的光纤长度，满足多种功率水平的激光器研制需求；(3)基板使用铝合金、铜合金等金属材料或石墨等非金属材料制得，具有优异的散热性能，提高了光纤激光器系统的运行稳定性，并且由于使用常规材料，能够保证经济适用性，有利于批量生产。
附图说明
图1为本发明的实施例的结构示意图；
图2为图1所示实施例的光纤盘绕方法示意图；
图3为图2中A-A位置的剖视图；
图4为本发明盖上上盖10后的结构示意图；
图5为本发明实施例光纤输入端输出端设于同侧的结构示意图；
图6为本发明实施例光纤输入端输出端设于四面的结构示意图。
其中，1为基板，4为双向盘旋式凹槽，5为S形过渡凹槽，6为跳圈凹槽，7为第一盘旋方向，8为第二盘旋方向，9为顺时针方向，10为上盖，20为输入端，21为附加输入端，24为顺时针凹槽，27为附加入口凹槽，30为输出端，31为附加输出端，34为逆时针凹槽，37为附加出口凹槽。
具体实施方式
一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，有一个基板1，在基板1上表面刻有双向盘旋式凹槽4，双向盘旋凹槽4包括顺时针凹槽24和逆时针凹槽34，S形过渡凹槽5将顺时针凹槽24和逆时针凹槽34连接在一起，这样，顺时针盘旋的顺时针凹槽24通过S形过渡凹槽5与逆时针盘旋的逆时针凹槽34平滑的连接在一起；顺时针凹槽24的输入端20开在基板1的侧边上，逆时针凹槽34的输出端30也开在基板1的侧边上，输入端20和输出端30在基板1的同一侧边或在不同的侧边；基板1上面盖有上盖10。
在最里面的顺时针凹槽24盘旋的前、后段之间有一个或若干条跳圈凹槽6，或最里面的逆时针凹槽34盘旋的前、后段之间有一个或若干条跳圈凹槽6。
所述的顺时针凹槽24的输入端20旁，另有一个或多个附加输入端21，每个附加输入端21连接有附加入口凹槽27，附加入口凹槽27与顺时针凹槽24并行一段距离后，并入顺时针凹槽24。
所述的逆时针凹槽34的输出端30旁，另有一个或多个附加输出端31，每个附加输出端31连接有附加出口凹槽37，附加出口凹槽37与逆时针凹槽34并行一段距离后，并入逆时针凹槽34。
所述的括顺时针凹槽24连接有多个输入端20；所述的逆时针凹槽34上连接有多个输出端30。
顺时针凹槽24、逆时针凹槽34、S形过渡凹槽5和跳圈凹槽6的横截面积为U形V形或矩形。
所述的基板1和上盖10是由散热性好的金属材料或非金属材料制成。
为使本发明的目的、原理及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。应当理解的是，下述具体实施例及其规格数据仅用以解释本发明，并不用以限定本发明。
实施例：
如图1所示为本发明的一个具体实施例，一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，在基板1的光滑平坦表面上加工出光纤凹槽，包括两个光纤输入端20和两个光纤输出端30，呈对侧分布，一条双向盘旋式凹槽4，一条S形过渡凹槽5连接双方向次内圈，二条弧形跳圈凹槽6，用以适应不同的光纤长度。
所述双向盘旋式凹槽4包括五个盘旋圈，所述盘旋圈形状为圆角矩形。通过选择弧形跳圈凹槽6，实现凹槽总长度的改变，可以适应3种长度的光纤，具体为4.5m、5m和5.5m。
图2为图1所示实施例的光纤盘绕方法示意图。如图2所示，一种光纤盘绕结构的双向盘绕包括以下步骤：
①步骤1：光纤从输入端20开始进入凹槽；
②步骤2：光纤沿第一盘旋方向7(实线实心箭头)绕进双向盘旋凹槽4，逐圈盘绕直至S形过渡凹槽5；
③步骤3：根据光纤长度选择相应的弧形跳圈凹槽6，当光纤长度等于5m时，应当选择第二个弧形跳圈凹槽6，沿顺时针方向9(虚线实心箭头)盘绕；
④步骤4：光纤沿第二盘旋方向8(虚线空心箭头)继续在双向盘旋凹槽4中，逐圈盘绕直至最外圈；
⑤步骤5：光纤从输出端30离开凹槽。
图3为图2中A-A位置的剖视图。如图3所示，所述凹槽的剖面形状为U形，宽度为1mm，深度为1.5mm，凹槽底部为半圆形，输入端2相邻凹槽之间的间隙宽度为2mm，双向盘旋式凹槽4之间的间隙宽度为1.5mm。
图4为图1所示实施例的基板安装密封上盖后的结构示意图。如图4所示，在基板1上方安装密封上盖10，保护内部结构及光纤，避免外界污染和损伤。
图5为图1所示实施例中光纤输入端输出端设于同侧的结构示意图，所述光纤盘绕结构包括两个光纤输入端20和两个光纤输出端30，呈同侧分布。图6为图1所示实施例中光纤输入端输出端设于四面的结构示意图，所述光纤盘绕结构包括两个光纤输入端20和两个光纤输出端30，四个端口在平面上分布于四条边上。在本发明的具体实施过程中，根据操作便利性、光纤长度等实际因素可以选择多种输入、输出端口位置及数量。
本实施例中所述基板由铝合金板材制成，可从商业途径购买，凹槽由铣床加工得到，加工后应进行表面氧化处理。
应当理解的是，铣削加工后应保证凹槽表面光滑平整，边缘去除毛刺，开展盘绕步骤的过程应谨慎仔细操作，避免剐蹭、划伤所用光纤。
接触，从而保障高功率光纤激光器的运行稳定性，并且适应多种光纤长度，提高适配性和通用性，有利于降低研制成本。
一种光纤盘绕结构，用于高功率光纤激光器，其特征在于：所述光纤盘绕结构刻有双向盘旋式凹槽、S形过渡凹槽、以及若干条跳圈凹槽。
所述双向盘旋式凹槽包括相反的两个盘绕方向。
具有至少二个盘旋圈，所述双向盘旋圈的形状可为圆形、椭圆形、哑铃形、圆角矩形等。
所述S形过渡凹槽设于最内圈，其两端分别与所述两个盘旋方向的次内圈相切连接。
所述跳圈凹槽设于最内圈，其两端分别与所述S形过渡凹槽相切连接。
所述双向盘旋式凹槽设有至少一个输入端和一个输出端，所述输入端和输出端可分布于同侧、对侧、四边等。
所述凹槽剖面形状可为V形、U形、矩形等。
本发明的技术方案是：在基板表面刻出双向盘旋式凹槽、S形过渡凹槽和若干条跳圈凹槽。所述双向盘旋式凹槽具有至少一个光纤输入端和至少一个光纤输出端，所述光纤输入端和输出端可以分布在同侧，也可以分布在对侧。所述双向盘旋式凹槽具有至少2个盘旋圈，具体可为5圈、10圈、20圈等等。所述盘旋圈的形状具体可为圆、椭圆、哑铃形、圆角矩形等等。所述双向盘旋特征是由最内圈S形过渡凹槽连接双方向次内圈实现的。所述凹槽的剖面形状具体可为V形、U形、矩形等等。所述凹槽的宽度应比所用光纤的截面直径大，具体可为截面直径的1.5倍、2倍等等。相邻凹槽之间具有一定的间隙宽度，具体可为0.5mm、1mm等等。使用时，所述基板上方将安装有密封上盖。
本发明所述的双向盘旋，包括的步骤有：
①光纤从任一输入端开始，由外向内沿第一盘旋方向绕进盘旋凹槽，逐圈盘绕直至所述最内圈S形过渡凹槽；
②光纤通过所述最内圈S形过渡凹槽转向第二盘旋方向，由内向外绕进盘旋凹槽，逐圈盘绕直至最外圈，从任一输出端结束。
本发明所述跳圈凹槽设于最内圈，两端分别与所述S形过渡凹槽相切连接，具有改变所述盘绕结构的凹槽总长度的作用，因此可以适应多种不同的光纤长度。所述跳圈凹槽的数量具体可为2条、4条等等，相应地，可以适应具体可为3种长度、5种长度等等的光纤。
本发明所述基板具体可由铝合金、铜合金等金属材料或石墨等非金属材料制成。
本发明所述凹槽表面应光滑平整，边缘去除毛刺，避免剐蹭、划伤所用光纤。
本发明公开了一种光纤盘绕结构，用于盘绕高功率光纤激光器使用的光纤。所述光纤盘绕结构刻有双向盘旋式凹槽、S形过渡凹槽和若干条跳圈凹槽。所述S形过渡凹槽的两端分别与所述双向盘旋式凹槽的两个相反盘旋方向的次内圈相切连接。所述跳圈凹槽设于最内圈，其两端分别与所述S形过渡凹槽相切连接。本发明能够完全避免光纤搭接、重叠、悬空等现象，并且适应多种不同的光纤长度，在高功率光纤激光器研制方面具有实用性、通用性和经济性，应用前景广泛。

Claims (7)

1.一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，有一个基板(1)，在基板(1)上表面刻有双向盘旋式凹槽(4)，双向盘旋凹槽(4)包括顺时针凹槽(24)和逆时针凹槽(34)；)基板(1)上表面中间有S形过渡凹槽(5)，S形过渡凹槽(5)将顺时针凹槽(24)和逆时针凹槽(34)连接在一起，这样，顺时针盘旋的顺时针凹槽(24)通过S形过渡凹槽(5)与逆时针盘旋的逆时针凹槽(34)平滑的连接在一起；顺时针凹槽(24)的输入端(20)开在基板(1)的侧边上，逆时针凹槽(34)的输出端(30)也开在基板(1)的侧边上，输入端(20)和输出端(30)在基板(1)的同一侧边或在不同的侧边；基板(1)上面盖有上盖(10)。
2.根据权利要求1所述的一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，在最里面的顺时针凹槽(24)盘旋的前、后段之间有一个或若干条跳圈凹槽(6)，或最里面的逆时针凹槽(34)盘旋的前、后段之间有一个或若干条跳圈凹槽(6)。
3.根据权利要求1所述光纤盘绕结构，其特征在于：在所述的顺时针凹槽(24)的输入端(20)旁，另有一个或多个附加输入端(21)，每个附加输入端(21)连接有附加入口凹槽(27)，附加入口凹槽(27)与顺时针凹槽(24)并行一段距离后，并入顺时针凹槽(24)。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，所述的逆时针凹槽(34)的输出端(30)旁，另有一个或多个附加输出端(31)，每个附加输出端(31)连接有附加出口凹槽(37)，附加出口凹槽(37)与逆时针凹槽34)并行一段距离后，并入逆时针凹槽(34)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，所述的括顺时针凹槽(24)连接有多个输入端(20)；所述的逆时针凹槽(34)上连接有多个输出端(30)。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，顺时针凹槽(24)、逆时针凹槽(34)、S形过渡凹槽(5)和跳圈凹槽(6)的横截面积为U形V形或矩形。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种用于高功率光纤激光器的光纤盘绕结构，其特征在于，所述的基板(1)和上盖(10)是由散热性好的金属材料或非金属材料制成。
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