CN107845945B - 高功率光纤激光器用剥模器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高功率光纤激光器用剥模器及其制作方法，剥模器结构为：所述剥模光纤为按照要求去除相应长度段涂覆层的双包层光纤，去除涂覆层的裸纤内包层表面分别通过机械刻蚀和化学浸蚀，使裸纤的内包层表面呈现出粗糙或毛化的状态，形成剥模区，且剥模区长度小于去除涂覆层的裸纤长度；剥模光纤的裸纤位于玻璃管内，玻璃管通过防护插芯和两端的固定接头封装在水冷壳体内，且剥模光纤的两端从两端的固定接头引出。本发明通过使用机械刻蚀与化学浸蚀协同作用，玻璃管、防护插芯双重保护以及直接水冷散热方式，剥除正向包层光及逆向反馈光的承受功率可达上千瓦，应用于高功率光纤激光器系统中。

Description

高功率光纤激光器用剥模器及其制作方法

技术领域

本发明属于高功率光纤激光器领域，具体涉及一种去除高功率包层光及反馈光的剥模器及其制作方法。

技术背景

高功率光纤激光器被广泛应用于金属切割、焊接、工业制造、3D打印、航天航空、军事设备和国防安全等诸多方面，其输出功率逐年递升，单模最大输出已超过一万瓦。在千瓦甚至是万瓦级的高功率光纤激光器系统中，光纤包层的残留泵浦光功率较高，部分纤芯光会经过熔接点泄露到包层中，这些残余的包层光功率能高达几百瓦，如果从光纤传输端直接输出，会严重影响输出光斑的质量，甚至对输出端器件造成不可逆转的损伤。在高功率光纤激光器的实际应用中，有时不可避免的出现反馈光从输出端再次耦合进包层的现象，如果不能有效剥除包层反馈光，则会对激光器内部器件造成损害。由此看来，随着光纤激光器功率的快速提升，对剥模器也提出了新的挑战。

目前国内关于高功率剥模器的技术相对比较匮乏，例如专利号CN 103676002A《高功率光纤剥模器》采用在裸纤上涂覆高折射率胶水的方式剥除包层光，高折射率胶水为有机聚合物材料，吸光后热量迅速累积、发热非常严重，聚合物耐热性能差，不适宜在高功率器件中使用。专利号CN 205562862 U《新型高功率光纤剥模器》在裸纤表面涂覆一层高折射率的氧化物，氧化物涂层与石英材质的包层无法贴合紧密，容易脱落造成产品失效，而且对剥除的包层光没有很好的吸收散热手段，器件承受功率不高。专利号CN 205562861 U《新型侧边抛磨高功率光纤剥模器》提出采用在光纤侧边抛磨除去部分内包层，形成抛磨区增大入射角、破坏全反射，以达到去除包层光的目的，但是这种方法制作的器件有剥模效率低、易受损折断、散热能力差等问题。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足与缺陷，提供一种高功率光纤激光器用剥模器及其制作方法，本发明制作的剥模器应用于千瓦甚至是万瓦级高功率光纤激光器中，可以有效剥除正向包层光和逆向反馈光。

本发明采用以下技术方案：

高功率光纤激光器用剥模器，包含剥模光纤、玻璃管、防护插芯、固定接头、水冷壳体，其特征在于：所述剥模光纤为按照要求去除相应长度段涂覆层的双包层光纤，去除涂覆层的裸纤内包层表面分别通过机械刻蚀和化学浸蚀，使裸纤的内包层表面呈现出粗糙或毛化的状态，形成剥模区，且剥模区长度小于去除涂覆层的裸纤长度；剥模光纤的裸纤位于玻璃管内，玻璃管通过防护插芯和两端的固定接头封装在水冷壳体内，且剥模光纤的两端从两端的固定接头引出。

所述玻璃管的长度大于去除涂覆层的裸纤长度。

所述防护插芯为哑铃状金属圆柱管，圆柱面设有两处镂空处，防护插芯采用高反光的金属材料制作而成，长度大于玻璃管长度，内径大于玻璃管外径。

所述固定接头为一个带有外螺纹、中间设有一个穿入剥模光纤孔的金属圆柱体。

所述水冷壳体为内部带有空腔水路的金属长方体。

本发明所述高功率光纤激光器用剥模器的制作方法，包括以下几个步骤：

1)截取规定长度的双包层光纤，按要求去除相应长度段的涂覆层，形成裸纤，裸纤的内包层表面分别通过机械刻蚀和化学浸蚀制成剥模光纤；

2)将剥模光纤上的裸纤区域用有机溶剂超声清洗干净；

3)将洗干净的剥模光纤套上玻璃管，玻璃管固定在裸纤区域上；

4)将防护插芯套在玻璃管上，与玻璃管固定；

5)将已固定好的剥模光纤、玻璃管、防护插芯与水冷壳体进行装配；

6)将两个固定接头分别穿过剥模光纤的两端，与水冷壳体锁紧。

本发明的玻璃管作为剥模区的第一道保护，防护插芯既可以二次保护光纤，又可以阻挡一部分剥除的包层光被水吸收，避免散热不充分引起光纤温度过高的现象。固定接头将剥模光纤、玻璃管、防护插芯牢牢固定在水冷壳体空腔内部，保护器件正常运行。

本发明与现有技术对比，具有如下优点及有益效果：1)采用机械刻蚀和化学浸蚀协同作用的方法，保证处理后的光纤力学性能好、剥模效率高；2)玻璃管和防护插芯双重保护，避免剥模区受损，保证器件安全正常运行；3)镂空的高反材质防护插芯，使剥除的包层光被流动的冷却水逐步吸收，散热能力强，可以应对千瓦量级的包层光及反馈光。

附图说明

图1为本发明高功率光纤激光器用剥模器的结构示意图。

图2为本发明高功率光纤激光器用剥模器的剖视图。

图3为本发明的防护插芯结构示意图。

图4为本发明的防护插芯侧视图。

图中，剥模光纤100，裸纤101，剥模区102，玻璃管200，防护插芯300，漏光区301，反光区302，固定接头400，水冷壳体500，进水接头501，出水接头502，空腔水路503。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明包含剥模光纤100、玻璃管200、防护插芯300、固定接头400、水冷壳体500，其特征在于：所述剥模光纤100为按照要求去除相应长度段涂覆层的双包层光纤，去除涂覆层的裸纤101内包层表面分别通过机械刻蚀和化学浸蚀方法，使裸纤的内包层表面呈现出粗糙或毛化的状态，形成剥模区102，且剥模区长度小于去除涂覆层的裸纤101长度；剥模光纤100的裸纤位于玻璃管200内，玻璃管200通过防护插芯300和两端的固定接头400封装在水冷壳体500内，且剥模光纤100的两端从两端的固定接头400引出。所述玻璃管200的长度大于去除涂覆层的裸纤101长度。所述防护插芯300为哑铃状金属圆柱管，如图3、图4所示，圆柱面设有两处镂空处，防护插芯300采用高反光的金属材料制作而成，长度大于玻璃管长度，内径大于玻璃管外径。所述固定接头400为一个带有外螺纹、中间设有一个穿入剥模光纤孔的金属圆柱体。所述水冷壳体500为内部带有空腔水路的金属长方体。

实施例一

截取规定长度的双包层光纤，使用剥线钳在指定区域去除涂覆层，制成裸纤101。对裸纤101先进行机械刻蚀，形成不规则的粗糙面，再用化学浸蚀腐蚀掉机械刻蚀残留的碎屑、棱角，使内包层表面毛化程度加深制成剥模区域102。将处理过后的光纤在装有洁净乙醇的超声波清洗池中清洗干净，空气压缩枪吹干表面溶剂。取一根洁净的玻璃管200，套在裸纤101上，使用胶水将两端管口与剥模光纤100固定，再将玻璃管200连同剥模光纤100穿入黄铜材质的防护插芯300中，玻璃管200与防护插芯300使用胶水固定，然后一同穿入铝合金材质的水冷壳体500中，最后在剥模光纤100两端穿入固定接头400，与水冷壳体的螺纹锁紧。

实施例二

本实施例与实施例一的结构相同，不同之处是，防护插芯为镀金处理的铝合金材质，水冷壳体为氧化发黑的不锈钢材质。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想，并非以此限制本发明的实施范围。故凡依本发明之原理、形状所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.高功率光纤激光器用剥模器，包含剥模光纤、玻璃管、防护插芯、固定接头、水冷壳体，其特征在于：所述剥模光纤为按照要求去除相应长度段涂覆层的双包层光纤，去除涂覆层的裸纤内包层表面分别通过机械刻蚀和化学浸蚀，使裸纤的内包层表面呈现出粗糙或毛化的状态，形成剥模区，且剥模区长度小于去除涂覆层的裸纤长度；剥模光纤的裸纤位于玻璃管内，玻璃管通过防护插芯和两端的固定接头封装在水冷壳体内，且剥模光纤的两端从两端的固定接头引出；

玻璃管连同剥模光纤穿入防护插芯中，玻璃管与防护插芯固定并一同穿入水冷壳体中，剥模光纤两端穿入固定接头；

所述水冷壳体为内部带有空腔水路的金属长方体；

所述防护插芯为哑铃状金属圆柱管，圆柱面设有两处镂空处。

2.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器用剥模器，其特征在于：所述玻璃管的长度大于去除涂覆层的裸纤长度。

3.根据权利要求2所述的高功率光纤激光器用剥模器，其特征在于：所述防护插芯采用高反光的金属材料制作而成，长度大于玻璃管长度，内径大于玻璃管外径。

4.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器用剥模器，其特征在于：所述固定接头为一个带有外螺纹、中间设有一个穿入剥模光纤孔的金属圆柱体。

5.一种根据权利要求1-4之一所述的高功率光纤激光器用剥模器的制作方法，其特征在于包括以下几个步骤：

1)截取规定长度的双包层光纤，按要求去除相应长度段的涂覆层，形成裸纤，裸纤的内包层表面分别通过机械刻蚀和化学浸蚀制成剥模光纤；

2)将剥模光纤上的裸纤区域用有机溶剂超声清洗干净；

3)将洗干净的剥模光纤套上玻璃管，玻璃管固定在裸纤区域上；

4)将防护插芯套在玻璃管上，与玻璃管固定；

5)将已固定好的剥模光纤、玻璃管、防护插芯与水冷壳体进行装配；

6)将两个固定接头分别穿过剥模光纤的两端，与水冷壳体锁紧。