CN107482427A - 光纤盘绕装置及光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤盘绕装置，用于盘绕增益光纤，其包括柱体以及卡位结构。所述卡位结构设置于所述柱体的外表面上，所述增益光纤盘绕于所述卡位结构上呈波浪形。本发明还提供一种应用上述光纤盘绕装置的光纤激光器，增益光纤盘绕于所述卡位结构上。本发明的光纤激光器，通过改变盘绕于所述光纤盘绕装置上的增益光纤在空间各个方向的曲率半径，进而提高所述光纤激光器输出激光的光束质量。

Description

光纤盘绕装置及光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤激光技术，尤其涉及一种光纤盘绕装置以及应用所述光纤盘绕装置的光纤激光器。

背景技术

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

经测试发现，在光纤激光器中，所述增益光纤的盘绕方式直接影响光纤激光器输出的激光的质量。现有光纤激光器中，所述增益光纤一般盘绕形成一平面圆环形。然而，依据该种方式盘绕所述增益光纤的光纤激光器，从所述增益光纤输出的激光的光束质量较差。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种能够提高输出激光的光束质量的光纤盘绕装置以及光纤激光器。

一种光纤盘绕装置，用于盘绕增益光纤，其包括柱体。所述光纤盘绕装置还包括卡位结构，所述卡位结构设置于所述柱体的外表面上，所述增益光纤盘绕于所述卡位结构上呈波浪形。

作为一种优选方案，所述卡位结构包括至少两个卡位凸起，所述至少两个卡位凸起环绕所述柱体的周向间隔设置于所述柱体上,相邻的两个卡位结构不位于同一平面上，其中所述平面垂直于所述柱体的轴线。

作为一种优选方案，所述至少两个卡位凸起分至少两组设置，每组中的卡位凸起位于同一平面上。

作为一种优选方案，其中一组卡位凸起邻近所述柱体的顶端设置，其中另一组卡位凸起邻近所述柱体的底端设置。

作为一种优选方案，每组卡位凸起所在的平面与所述柱体的轴向相垂直。

作为一种优选方案，所述卡位凸起包括垂直凸伸形成于所述柱体的外表面上的盘绕部。

作为一种优选方案，所述卡位凸起还包括挡设部，所述挡设部由所述盘绕部远离所述柱体的一端沿所述柱体的轴向延伸形成，所述盘绕部、所述挡设部以及所述柱体共同围成一个绕设槽。

作为一种优选方案，至少一个卡位凸起的挡设部沿所述柱体的轴向向上延伸形成，且至少一个卡位凸起的挡设部沿所述主体的轴向向下延伸形成。

作为一种优选方案，所述卡位结构为卡位槽。

本发明还提供采用上述光纤盘绕装置的光纤激光器。

本发明的光纤激光器，通过设计环绕所述柱体的周向设置的卡位结构，当将所述增益光纤盘绕于所述卡位结构上时，所述增益光纤呈波浪形，因而所述增益光纤在空间各个方向的曲率半径得到改变，进而将高阶模过滤掉得到低阶模甚至基模激光输出，提高所述光纤激光器输出激光的光束质量。同时，在光纤弯曲的同时，光纤放大级产生的受激拉曼辐射中的长波长部分，也因为弯曲损耗大于短波长的信号光，而被衰减掉。进一步抑制了后面的非线性拉曼光的级联放大效应。从而使信号光得到更好的放大。

附图说明

图1为本发明一实施方式的光纤激光器的结构示意图，所述光纤激光器包括光纤盘绕装置以及增益光纤。

图2为本发明一实施方式的光纤盘绕装置的立体图，其中所述增益光纤盘绕于所述光纤盘绕装置上。

主要元件符号说明

光纤激光器	100
		种子光源	20
泵浦源	40
		合束器	60
增益光纤	70
		光纤盘绕装置	80
柱体	82
		卡位凸起	84
盘绕部	842
		挡设部	844
绕设槽	846
		卡位结构	86

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“外表面”、“顶端”、“底端”、“平面”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请一并参阅图1及图2，本发明一实施方式提供的光纤激光器100，其包括种子光源20、泵浦源40、合束器60、增益光纤70以及光纤盘绕装置80。具体在图示实施方式中，所述种子光源20的一端以及所述泵浦源40的一端分别与所述合束器60的输入端相连，所述增益光纤70的一端与所述合束器60的输出端相连，所述增益光纤70盘绕在所述光纤盘绕装置80上。所述光纤激光器100可应用于激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，或者作为其他激光器的泵浦源等。

所述种子光源20用于输出种子激光，其输出端与所述合束器60的信号输入端相连。所述泵浦源40用于输出泵浦激光，其输出端与所述合束器60的泵浦激光输入端相连。所述种子激光以及所述泵浦激光通过所述合束器60进入所述增益光纤70，其中，进入所述增益光纤70的泵浦激光被所述增益光纤70吸收，进入所述增益光纤70的种子激光在所述增益光纤70中得到增益放大。放大后的激光由所述增益光纤70的输出端输出。

请再次参阅图2，本发明第一实施方式提供的光纤盘绕装置80，其包括柱体82以及卡位结构86，所述卡位结构86环绕所述柱体82的周向设置于所述柱体82的外表面上。

具体在图示实施方式中，所述柱体82大致为中空圆柱状。所述卡位结构86包括多个间隔设置的卡位凸起84，且相邻的卡位凸起84不位于同一平面上，其中所述平面垂直于所述柱体82的轴线。

所述卡位凸起84凸伸形成于所述柱体82的外表面上。所述卡位凸起84包括相互连接的盘绕部842以及挡设部844。所述盘绕部842大致垂直凸伸形成于所述柱体82的外表面上。所述挡设部844由所述盘绕部842远离所述柱体82的一端沿所述柱体82的轴向延伸形成，其中，所述挡设部844与所述柱体82之间间隔预设间隙。所述盘绕部842、所述挡设部844以及所述柱体82共同围成一个绕设槽846。可以理解的是，所述挡设部844可以省略。

具体在图示实施方式中，所述卡位凸起84的数量为六个，其平均分为两组间隔设置于所述柱体82的外表面上。所述六个卡位凸起84环绕所述柱体82的周向均匀间隔设置。第一组中的卡位凸起84与第二组中的卡位凸起84依次交错设置，且每组中的卡位凸起84位于同一个平面上。每组卡位凸起84所在的平面与所述柱体82的轴向相垂直。可以理解的是，在其他实施方式中，每组卡位凸起84所在的平面与所述柱体82的轴向可以不垂直。第一组卡位凸起84邻近所述柱体82的顶端设置，第二组卡位凸起84邻近所述柱体82的底端设置。第一组卡位凸起84中，所述挡设部844由所述盘绕部842远离所述柱体82的一端沿所述柱体82的轴向向上延伸形成；第二组卡位凸起84中，所述挡设部844由所述盘绕部842远离所述柱体82的一端沿所述柱体82的轴向向下延伸形成。

具体在图示实施方式中，所述第一组中的第一个卡位凸起84邻近所述柱体82的顶端设置；第二组中的第一个卡位凸起84邻近所述柱体82的底端设置，并与所述第一组中的第一个卡位凸起84错位设置；第一组中的第二个卡位凸起84邻近所述柱体82的顶端设置，且所述第一组中的第一卡位凸起84与第二卡位凸起84位于所述第二组中的第一卡位凸起84的两侧；依照上述方法类推，分别设置第一组卡位凸起84以及第二组卡位凸起84。需要说明的是，一个元件相对另一个元件错位设置指的是，两个元件不位于垂直于所述柱体82的轴向的同一个平面上。

可以理解的是，在其他实施方式中，所述卡位凸起84的数量不限于六个，可以为两个、三个、四个、五个或者更多。可以理解的是，在其他实施方式中，所述多个卡位凸起84环绕所述柱体82的周向不均匀间隔设置。可以理解的是，在其他实施方式中，所述多个卡位凸起84可以分为三组、四组或者更多组错位设置于所述柱体82的外表面上。可以理解的是，在其他实施方式中，每组中的卡位凸起84的数量可以不相等。

所述增益光纤70环绕所述柱体82的圆周方向交错盘绕在多个卡位凸起84的盘绕部842上，并部分收容于多个绕设槽846中。由所述柱体82的轴向观察，所述增益光纤70大致为一个封闭的圆环。盘绕于所述多个卡位凸起84上的增益光纤70的形状不限定。优选地，所述增益光纤70呈波浪形。具体地，当所述卡位凸起84的数量为两个时，所述增益光纤70交错盘绕在两个卡位凸起84上，呈S形；当所述卡位凸起84的数量大于两个时，所述增益光纤70交错盘绕在所述多个卡位凸起84上，呈连续波浪形。具体在图示实施方式中，盘绕于所述六个卡位凸起84上的增益光纤70呈正弦波形。

由介质波导理论可知，当光纤弯曲时，纤芯中的束缚模式沿曲率半径会有不同程度的辐射，成为弯曲损耗。这种损耗因模式而异，高阶模的损耗大于低阶模的损耗。因此，可以通过选择合适的曲率半径来抑制高阶模的传输使得由光纤输出的光束变得纯净达到改善光束质量的目的。同时，在光纤弯曲的同时，光纤放大级产生的受激拉曼辐射中的长波长部分，也因为弯曲损耗大于短波长的信号光，而被衰减掉。进一步抑制了后面的非线性拉曼光的级联放大效应。从而使信号光得到更好的放大。

可以理解的是，在其他实施方式中，所述卡位结构86可以为凹设于所述柱体82的外表面上的卡位槽，所述卡位槽环绕所述柱体82的周向设置并呈波浪形（如S形、连续波浪形、正弦波形），从而使绕设于所述卡位凸起84上的增益光纤70呈波浪形。

本发明的光纤激光器100，通过设计环绕所述柱体82的周向设置的卡位结构86，当将所述增益光纤70盘绕于所述卡位结构86上时，所述增益光纤70呈波浪形。相较现有光纤盘绕形成的平面圆环形，本发明的盘绕的增益光纤70在空间各个方向的曲率半径得到改变，进而将高阶模过滤掉得到低阶模甚至基模激光输出，且抑制了非线性拉曼光的级联放大效应，提高所述光纤激光器100输出激光的光束质量。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种光纤盘绕装置，用于盘绕增益光纤，其包括柱体，其特征在于：所述光纤盘绕装置还包括卡位结构，所述卡位结构设置于所述柱体的外表面上并环绕所述柱体的周向设置，所述增益光纤盘绕于所述卡位结构上呈波浪形。

2.如权利要求1所述的光纤盘绕装置，其特征在于：所述卡位结构包括至少两个卡位凸起，所述至少两个卡位凸起环绕所述柱体的周向间隔设置于所述柱体上,相邻的两个卡位结构不位于同一平面上，其中所述平面垂直于所述柱体的轴线。

3.如权利要求2所述的光纤盘绕装置，其特征在于：所述至少两个卡位凸起分至少两组设置，每组中的卡位凸起位于同一平面上。

4.如权利要求3所述的光纤盘绕装置，其特征在于：其中一组卡位凸起邻近所述柱体的顶端设置，其中另一组卡位凸起邻近所述柱体的底端设置。

5.如权利要求3所述的光纤盘绕装置，其特征在于：每组卡位凸起所在的平面与所述柱体的轴向相垂直。

6.如权利要求1-5中任一项所述的光纤盘绕装置，其特征在于：所述卡位凸起包括垂直凸伸形成于所述柱体的外表面上的盘绕部。

7.如权利要求6所述的光纤盘绕装置，其特征在于：所述卡位凸起还包括挡设部，所述挡设部由所述盘绕部远离所述柱体的一端沿所述柱体的轴向延伸形成，所述盘绕部、所述挡设部以及所述柱体共同围成一个绕设槽。

8.如权利要求7所述的光纤盘绕装置，其特征在于：至少一个卡位凸起的挡设部沿所述柱体的轴向向上延伸形成，且至少一个卡位凸起的挡设部沿所述主体的轴向向下延伸形成。

9.如权利要求1所述的光纤盘绕装置，其特征在于：所述卡位结构为卡位槽。

10.一种光纤激光器，其包括增益光纤，其特征在于：所述光纤激光器还包括如权利要求1-9项中任一项所述的光纤盘绕装置，所述增益光纤盘绕于所述光纤盘绕装置上呈波浪形。