CN108565665B - 包层功率剥离器以及光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤激光器领域，提供了一种包层功率剥离器以及光纤激光器。该包层功率剥离器包括腐蚀光纤、套管和水冷热沉本体，水冷热沉本体上设置有安装通道以及与安装通道连通的冷却腔，套管穿设于安装通道和冷却腔，套管通过固定机构安装于安装通道内，腐蚀光纤设置于套管内，固定机构包括套设于套管的正向螺纹堵头和反向螺纹堵头。其通过旋向相反的正向螺纹堵头和反向螺纹堵头实现对套管的密封固定，正向螺纹堵头一旦松动将使反向螺纹堵头更紧，从而密封紧固效果更佳，使冷却介质无法沿着套管向外渗漏，实现了防松防泄漏。此外该光纤激光器安装有上述包层功率剥离器。其能够有效防止冷却介质卸落，密封性佳，可靠性佳。

Description

包层功率剥离器以及光纤激光器

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，具体而言，涉及一种包层功率剥离器以及光纤激光器。

背景技术

包层功率剥离器是保证高功率全光纤激光器稳定性与光束质量的核心器件，有效剥除包层光是光纤激光器全光纤化，工程化的重要步骤。

随着光纤激光器功率的提升和应用的进一步拓展，包层功率剥离器已经跟随激光器应用到了更广泛的工业场合和环境更苛刻的军用、航空航天等领域。这些应用场合可能具有强振动、大温差的特性，对光纤激光器及其所用器件的可靠性提出了更高的要求。

包层剥离器作为一种核心器件，高剥离功率带来了更高的热量，不及时散出会导致器件甚至激光器整体烧毁，为了带走这些热量，需要引入冷却水或者其他冷却介质对热沉结构进行冷却，但又不能直接作用于腐蚀光纤，所以需要增加石英保护套管，而增加的剥离功率也使腐蚀光纤被迫加长，相应的延长了石英套管的长度。普通功率的包层剥离器或者应用于环境比较接近实验室场合的产品一般仅在石英套管两端使用一个紧固堵头配合一个密封圈完成封装。这种封装仅仅在静态使用或者一般场合使用时满足要求，在振动较大或存在较长时间持续性振动的环境下，一旦有螺纹松动或密封圈偏移，则会带来包层剥离器整体性的失效，进而导致激光器整体损毁。另外，延长的石英套管仅由两个距离较远的密封圈支撑，受到瞬时振动或者连续振动冲击时可能会发生断裂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包层功率剥离器，其能够有效防松防泄，套管的稳定性更佳。

本发明的另一目的在于提供一种光纤激光器，其能够有效防止冷却介质卸落，密封性佳，可靠性佳。

本发明的实施例是这样实现的：

一种包层功率剥离器，其包括腐蚀光纤、套管和水冷热沉本体，水冷热沉本体上设置有安装通道以及与安装通道连通的冷却腔，套管穿设于安装通道和冷却腔，套管通过固定机构安装于安装通道内，腐蚀光纤设置于套管内，固定机构包括正向螺纹堵头和反向螺纹堵头，正向螺纹堵头套设于套管的外侧且与安装通道螺纹连接，反向螺纹堵头套设于套管的外侧且与安装通道螺纹连接，正向螺纹堵头与冷却腔的距离小于反向螺纹堵头与冷却腔的距离。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述安装通道设置有正向螺纹孔和反向螺纹孔，反向螺纹孔的直径大于正向螺纹孔的直径，正向螺纹堵头安装于正向螺纹孔内，反向螺纹堵头安装于反向螺纹孔内，正向螺纹堵头和安装通道对应的水冷热沉本体的侧面之间设置有第一密封圈。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述固定机构还包括第一法兰，安装通道还设置有用于安装第一法兰的第一安装孔，第一法兰设置于反向螺纹堵头远离正向螺纹堵头的一端，第一法兰的一侧抵靠至水冷热沉本体位于第一安装孔的底面，第一法兰的另一侧抵靠至水冷热沉本体的端面。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述第一法兰和水冷热沉本体位于第一安装孔的底面之间设置有第二密封圈。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述固定机构还包括第二法兰，第一法兰设置有用于安装第二法兰的第二安装孔，第二法兰的一侧抵靠至第一法兰位于第二安装孔的底面，第二法兰的另一侧抵靠至第一法兰的端面。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述第二法兰和第一法兰位于第二安装孔的底面之间设置有第三密封圈。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述安装通道包括第一通道和第二通道，冷却腔位于第一通道和第二通道之间，套管依次穿设于第一通道、冷却腔和第二通道内，套管的两端通过固定机构分别固定至第一通道和第二通道内；正向螺纹堵头和反向螺纹堵头均为两个，且分别安装于第一通道和第二通道内。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述腐蚀光纤通过密封胶层悬空固定至套管的中心。

可选地，在本发明的优选实施例中，上述包层功率剥离器还包括加固环和固定杆，固定杆连接至加固环的侧壁，水冷热沉本体对应于冷却腔的侧壁开设有加固孔，加固环位于冷却腔内，固定杆远离加固环的一端穿过加固孔密封固定至水冷热沉本体；加固环内设置有环形凹槽，固定杆设置有与环形凹槽连通的进气通道，环形凹槽内嵌设有环形气囊，环形气囊与进气通道连通，套管穿过环形气囊。

一种光纤激光器，其安装有上述包层功率剥离器。

本发明实施例的有益效果例如包括：

本发明实施例提供的包层功率剥离器通过旋向相反的正向螺纹堵头和反向螺纹堵头实现对套管的密封固定，使用正向螺纹堵头将第一密封圈压紧后，由于反向螺纹堵头的存在，正向螺纹堵头一旦松动将使反向螺纹堵头更紧，从而使密封紧固效果更佳，冷却介质无法沿着套管向外渗漏，实现了防松防泄漏。通过适当匹配正向螺纹堵头和反向螺纹堵头的预紧力，可获得更佳效果。

此外，本发明实施例还提供了一种光纤激光器，其安装有上述包层功率剥离器。其能够有效防止冷却介质卸落，密封性佳，可靠性佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的包层功率剥离器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的图1中Ⅱ处的局部放大图；

图3为本发明实施例提供的包层功率剥离器的第一法兰和第二法兰的配合示意图；

图4为本发明实施例提供的包层功率剥离器安装有加固环的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的加固环的结构示意图。

图标：100-包层功率剥离器；110-套管；120-腐蚀光纤；130-水冷热沉本体；131-安装通道；132-冷却腔；133-正向螺纹孔；134-反向螺纹孔；135-第一安装孔；136-第一通道；137-第二通道；138-加固孔；140-固定机构；141-正向螺纹堵头；142-反向螺纹堵头；143-第一法兰；144-第二法兰；145-第一密封圈；146-第二密封圈；147-第三密封圈；148-第二安装孔；151-加固环；152-固定杆；153-环形凹槽；154-环形气囊。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种包层功率剥离器100，其包括套管110、腐蚀光纤120和水冷热沉本体130。

套管110为中空结构，具体为石英套管110，套管110用于容纳并保护腐蚀光纤120。腐蚀光纤120设置于套管110内，并利用密封胶形成密封胶层，使得腐蚀光纤120悬空固定至套管110的中心。

水冷热沉本体130为管状结构，且内部为中空，水冷热沉本体130用于安装和固定套管110。在水冷热沉本体130上设置有安装通道131和冷却腔132，安装通道131与冷却腔132连通。安装通道131用于安装并固定套管110，套管110穿设于安装通道131和冷却腔132内，套管110通过固定机构140安装于安装通道131内。

接下来，请结合参阅图1和图2，具体对固定机构140与安装通道131的配合关系进行阐述。

固定机构140包括正向螺纹堵头141、反向螺纹堵头142、第一法兰143、第二法兰144、第一密封圈145、第二密封圈146和第三密封圈147。对应地，安装通道131为了安装固定机构140的上述部件，设置有正向螺纹孔133、反向螺纹孔134和第一安装孔135。

其中，正向螺纹堵头141安装于正向螺纹孔133内，正向螺纹堵头141套设于套管110的外侧且与安装通道131螺纹连接，正向螺纹堵头141旋入安装通道131内，通过与安装通道131螺纹连接实现对套管110的初步固定。第一密封圈145设置于正向螺纹堵头141和安装通道131对应的水冷热沉本体130的侧面之间，第一密封圈145能够对套管110和正向螺纹堵头141之间的间隙进行密封，有效防止冷却介质从套管110和安装通道131之间的间隙泄露。

反向螺纹堵头142安装于反向螺纹孔134内，反向螺纹堵头142套设于套管110的外侧且与安装通道131螺纹连接，正向螺纹堵头141与冷却腔132的距离小于反向螺纹堵头142与冷却腔132的距离。并且反向螺纹孔134的直径大于正向螺纹孔133的直径，以便于先安装正向螺纹孔133。

请结合参阅图2和图3，在安装正向螺纹堵头141和反向螺纹堵头142之后，再在安装通道131内安装第一法兰143，第一法兰143设置于反向螺纹堵头142远离正向螺纹堵头141的一端，且安装于第一安装孔135内，第一法兰143的一侧抵靠至水冷热沉本体130位于第一安装孔135的底面，第一法兰143的另一侧抵靠至水冷热沉本体130的端面。第一法兰143的设置能够对反向螺纹堵头142进行限位，进而确保了安装效果。

第二法兰144安装于第一法兰143上，具体来说，通过在第一法兰143设置第二安装孔148，第二法兰144安装于第二安装孔148内，第二法兰144的一侧抵靠至第一法兰143位于第二安装孔148的底面，第二法兰144的另一侧抵靠至第一法兰143的端面。

第一法兰143和第二法兰144的截面均大致为T形，即具有头部和杆部，第一法兰143的T形结构的头部抵靠至水冷热沉本体130的端面，而第一法兰143的T形结构的杆部伸入第一安装孔135并抵靠至第一安装孔135的底面；同样的，第二安装孔148位于第一法兰143的T形结构的杆部，第二法兰144的T形结构的头部抵靠至第一法兰143的端面，而第二法兰144的T形结构的杆部伸入第二安装孔148并抵靠至第二安装孔148的底面。

进一步地，在第一法兰143和水冷热沉本体130位于第一安装孔135的底面之间设置有第二密封圈146。在第二法兰144和第一法兰143位于第二安装孔148的底面之间设置有第三密封圈147。通过第二密封圈146和第三密封圈147的设置，第一法兰143及匹配的第二密封圈146可以阻隔沿结构内部外沿向外渗漏的冷却介质，第二法兰144及中间的第三密封圈147可以阻隔沿套管110向外渗漏的冷却介质。

值得注意的是，在固定机构140中的正向螺纹堵头141、反向螺纹堵头142、第一法兰143、第二法兰144、第一密封圈145、第二密封圈146和第三密封圈147，其中，正向螺纹堵头141和反向螺纹堵头142作为第一层密封固定结构，而第一密封圈145的设置，能够加强第一层密封固定结构的密封效果。正向螺纹堵头141能够有效固定套管110并防止冷却介质沿着套管110泄漏，反向螺纹堵头142能够限制正向螺纹堵头141的运动，正向堵头一旦松动将使反向螺纹堵头142更紧，从而使密封圈保持合适的形变充满密封间隙，使冷却介质无法沿着石英套管110经过密封圈的内圈或外圈向外渗漏，初步实现了防松防泄漏。通过适当匹配前后螺纹堵头的预紧力，可获得更佳效果。

第一法兰143和第二法兰144作为第二层密封固定结构，其中，第一法兰143能够有效防止反向螺纹堵头142松动，同时假设第一密封圈145因装配或振动导致偏移或损伤，第二层密封固定结构的第一法兰143及匹配的第二密封圈146可以阻隔沿结构内部外沿向外渗漏的冷却介质，第二法兰144及第三密封圈147可以阻隔沿玻璃管向外渗漏的冷却介质。

在使用中，两层密封固定结构同时出现失效的可能性几乎没有，符合军标甚至更高标准的“双重保险”设计理念，可以可靠的将可能沿玻璃管管壁(轴向)和沿外沿(径向)的泄露的冷却介质封在热沉内部。

在本发明的其他实施例中，可以仅包含第一层密封固定结构，也即是，固定机构140可只包括正向螺纹堵头141和反向螺纹堵头142。

此外，还需要进行说明的是，请返回参阅图1，本实施例中，安装通道131包括第一通道136和第二通道137，冷却腔132位于第一通道136和第二通道137之间，套管110依次穿设于第一通道136、冷却腔132和第二通道137内，套管110的两端通过固定机构140分别固定至第一通道136和第二通道137内。

由于第一通道136和第二通道137对称设置，也即是，固定机构140为两个且分别安装于第一通道136和第二通道137内。固定机构140中的正向螺纹堵头141、反向螺纹堵头142、第一法兰143、第二法兰144、第一密封圈145、第二密封圈146和第三密封圈147均为两个，且两个正向螺纹堵头141、反向螺纹堵头142、第一法兰143、第二法兰144、第一密封圈145、第二密封圈146和第三密封圈147分别对称的安装于第一通道136和第二通道137内。

本实施例中，通过第一通道136和第二通道137的对称设置，并且两个固定机构140的设置，增强了包层功率剥离器100的内部结构的稳定性。随着包层剥离器剥离功率的提高，其内部腐蚀光纤120长度也会适当加长，意味着套管110的长度也会加长。套管110越长，其抗振能力就越差。在传统包层剥离器中，石英套管110只有两个支点，本发明有四个支点，并且每一侧的两个支点的夹持是相互独立的，可以等效于为整个套管110结构添加了两个独立的弹性支撑，可以显著降低套管110在强振环境下的振幅，发生问题的概率会更低。

可选地，请参阅图4和图5，本实施例中的包层功率剥离器100还包括加固环151和固定杆152，固定杆152连接至加固环151的侧壁，水冷热沉本体130对应于冷却腔132的侧壁开设有加固孔138，加固环151位于冷却腔132内，固定杆152远离加固环151的一端穿过加固孔138密封固定至水冷热沉本体130，固定杆152和加固孔138之间设置有用于密封的密封圈(图未示)，能够有效防止冷却介质从加固孔138内泄露。加固环151内设置有环形凹槽153，固定杆152设置有与环形凹槽153连通的进气通道，环形凹槽153内嵌设有环形气囊154，环形气囊154与进气通道连通，套管110穿过环形气囊154。

本实施例中，通过在水冷热沉本体130的侧壁开设加固孔138，将加固环151伸入冷却腔132内，在安装套管110时，将套管110穿设于加固环151内，从而实现对套管110的中部位置的固定，固定效果好，能够有效减轻套管110的振动。同时环形气囊154的设置，能够挤压套管110，使其与套管110之间的距离减小，同时环形气囊154能够变形，在套管110发生振动时，有利于减缓套管110的振动，进而保护套管110。

包层功率剥离器100的安装原理是：先将腐蚀光纤120穿设于套管110内，并用密封胶形成密封胶层使腐蚀光纤120悬空固定至套管110的中心，接着将套管110从水冷热沉本体130的安装通道131的一端穿入并穿过冷却腔132传至另一端，接着在套管110的两端分别套设第一密封圈145，接着将正向螺纹堵头141旋入安装通道131内抵紧第一密封圈145，接着将反向螺纹堵头142旋入安装通道131内抵紧正向螺纹堵头141，然后套设第二密封圈146，并安装第一法兰143，第一法兰143抵紧第二密封圈146并固定至水冷热沉本体130的端面，接着在第二安装孔148内放入第三密封圈147，第二法兰144插入第二安装孔148，抵紧第三密封圈147并固定至第一法兰143，腐蚀光纤120从第二法兰144的中心的通孔内穿出，通过上述步骤的安装完成对套管110的固定。

包层功率剥离器100的工作原理是：第一层密封是通过旋向相反的正向螺纹堵头141和反向螺纹堵头142实现的，使用正向螺纹堵头141将第一密封圈145压紧后，由于反向螺纹堵头142的存在，正向螺纹堵头141一旦松动将使反向螺纹堵头142更紧，从而使第一密封圈145保持合适的形变充满密封间隙，使冷却介质无法沿着套管110经过第一密封圈145的内圈或外圈向外渗漏，初步实现了防松防泄漏。通过适当匹配正向螺纹堵头141和反向螺纹堵头142的预紧力，可获得更佳效果。

第二层密封主要是由两个套在一起的第一法兰143和第二法兰144实现，第一法兰143和第二法兰144通过四角的螺钉锁紧之后，可以防止反向螺纹堵头142的松动。同时假设第一密封圈145因装配或振动导致偏移或损伤，第二层密封的第一法兰143及匹配的第二密封圈146可以阻隔沿结构内部外沿向外渗漏的冷却介质，第二法兰144及第三密封圈147可以阻隔沿玻璃管向外渗漏的冷却介质。

在使用中，两层密封结构同时出现失效的可能性几乎没有，符合军标甚至更高标准的“双重保险”设计理念，可以可靠的将可能沿玻璃管管壁(轴向)和沿外沿(径向)的泄露的冷却介质封在热沉内部。

此外，本发明实施例提供的包层功率剥离器100增强了高功率包层剥离器内部结构的稳定性。本发明实施例中的四个支点，并且每一侧的两个支点的夹持是相互独立的，可以等效于为整个套管110结构添加了两个独立的弹性支撑，可以显著降低套管110在强振环境下的振幅，发生问题的概率会更低。

综上所述，本发明实施例提供的包层功率剥离器100通过旋向相反的正向螺纹堵头141和反向螺纹堵头142实现对套管110的密封固定，使用正向螺纹堵头141将第一密封圈145压紧后，由于反向螺纹堵头142的存在，正向螺纹堵头141一旦松动将使反向螺纹堵头142更紧，从而使第一密封圈145保持合适的形变充满密封间隙，使冷却介质无法沿着套管110经过第一密封圈145的内圈或外圈向外渗漏，实现了防松防泄漏。通过适当匹配正向螺纹堵头141和反向螺纹堵头142的预紧力，可获得更佳效果。

此外，本发明实施例还提供了一种光纤激光器，其安装有上述包层功率剥离器100。其能够有效防止冷却介质卸落，密封性佳，可靠性佳。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种包层功率剥离器，其特征在于，其包括腐蚀光纤、套管和水冷热沉本体，所述水冷热沉本体上设置有安装通道以及与所述安装通道连通的冷却腔，所述套管穿设于所述安装通道和所述冷却腔，所述套管通过固定机构安装于所述安装通道内，所述腐蚀光纤设置于所述套管内，所述固定机构包括正向螺纹堵头和反向螺纹堵头，所述正向螺纹堵头套设于所述套管的外侧且与所述安装通道螺纹连接，所述反向螺纹堵头套设于所述套管的外侧且与所述安装通道螺纹连接，所述正向螺纹堵头与所述冷却腔的距离小于所述反向螺纹堵头与所述冷却腔的距离。

2.根据权利要求1所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述安装通道设置有正向螺纹孔和反向螺纹孔，所述反向螺纹孔的直径大于所述正向螺纹孔的直径，所述正向螺纹堵头安装于所述正向螺纹孔内，所述反向螺纹堵头安装于所述反向螺纹孔内，所述正向螺纹堵头和所述安装通道对应的所述水冷热沉本体的侧面之间设置有第一密封圈。

3.根据权利要求1所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述固定机构还包括第一法兰，所述安装通道还设置有用于安装所述第一法兰的第一安装孔，所述第一法兰设置于所述反向螺纹堵头远离所述正向螺纹堵头的一端，所述第一法兰的一侧抵靠至所述水冷热沉本体位于所述第一安装孔的底面，所述第一法兰的另一侧抵靠至所述水冷热沉本体的端面。

4.根据权利要求3所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述第一法兰和所述水冷热沉本体位于所述第一安装孔的底面之间设置有第二密封圈。

5.根据权利要求3所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述固定机构还包括第二法兰，所述第一法兰设置有用于安装所述第二法兰的第二安装孔，所述第二法兰的一侧抵靠至所述第一法兰位于所述第二安装孔的底面，所述第二法兰的另一侧抵靠至所述第一法兰的端面。

6.根据权利要求5所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述第二法兰和所述第一法兰位于所述第二安装孔的底面之间设置有第三密封圈。

7.根据权利要求1所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述安装通道包括第一通道和第二通道，所述冷却腔位于所述第一通道和所述第二通道之间，所述套管依次穿设于所述第一通道、所述冷却腔和所述第二通道内，所述套管的两端通过所述固定机构分别固定至所述第一通道和所述第二通道内；所述正向螺纹堵头和所述反向螺纹堵头均为两个，且分别安装于所述第一通道和所述第二通道内。

8.根据权利要求1所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述腐蚀光纤通过密封胶层悬空固定至所述套管的中心。

9.根据权利要求1所述的包层功率剥离器，其特征在于，所述包层功率剥离器还包括加固环和固定杆，所述固定杆连接至所述加固环的侧壁，所述水冷热沉本体对应于所述冷却腔的侧壁开设有加固孔，所述加固环位于所述冷却腔内，所述固定杆远离所述加固环的一端穿过所述加固孔密封固定至所述水冷热沉本体；所述加固环内设置有环形凹槽，所述固定杆设置有与所述环形凹槽连通的进气通道，所述环形凹槽内嵌设有环形气囊，所述环形气囊与所述进气通道连通，所述套管穿过所述环形气囊。

10.一种光纤激光器，其特征在于，其安装有如权利要求1-9任一项所述的包层功率剥离器。