CN108808430A - 一种光纤包层光功率剥除装置及剥除方法 - Google Patents
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Abstract
一种光纤包层光功率剥除装置及剥除方法，涉及激光领域，解决了现有包层光功率剥除装置存在的可能会增加激光器的附加损耗以及光纤机械性能降低、空气导热性能差的问题。该剥离装置包括光纤套管、放置于光纤套管中的双包层光纤；双包层光纤穿过密封口，密封口用密封胶密封；位于光纤套管中的包层光泄漏部分去除了涂覆层和外包层，包层光泄漏部分悬于气体通道中。气体通道中充满散射气体，散射气体在气体通道中循环，散射气体中包含有散射粒子，运动的散射粒子与包层光泄漏部分接触并对包层光进行散射，散射后的包层光被光纤套管内的吸光层吸收，达到光纤包层光功率剥除。本发明不破坏双包层光纤，空气导热性能好，具有良好的包层光剥除及散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种光纤包层光功率剥除装置及剥除方法。
技术背景
光纤激光器具有光束质量好、输出功率高、体积小、功耗低、寿命长等特点，在金属材料的切割、焊接、打孔、标刻等领域得到了广泛应用。尤其是高功率光纤激光器，其输出功率逐年递增，单纤输出已经超过了1万瓦。在光纤激光器或光纤放大器中，在激光输出端有未吸收的泵浦光及泄漏到内包层中的高阶模式激光，它们共同构成了在内包层中传输的包层光。在高功率连续光纤激光器、放大器和高功率脉冲光纤激光器、放大器中，包层光功率可以超过200瓦，这给后续工作器件带来了极大威胁，可以烧毁后续器件使激光器无法工作，同时降低了输出激光的光束质量。
目前，采用包层光功率剥除装置可以将包层光滤除，通常采用的方法有两种，一是在双包层光纤的内包层外贴覆高折射率材料，将包层光从高折射率材料中导出，例如公开号为CN104297841 A的中国专利公开的一种双包层光纤包层功率剥离器，这种方法存在的问题是：贴覆在内包层外的高折射率材料会吸收包层光而使其温度升高，光纤与高折射率材料热膨胀系数的不同会造成光纤微弯，由此形成光纤激光器、放大器的附加损耗。二是在双包层光纤的内包层上刻蚀出小槽，或在内包层上贴覆颗粒状材料，包层光通过小槽或颗粒状材料散射并导出，例如公开号为CN107069393 A中国专利公开的一种包层功率剥离器及光纤激光器，这种方法存在的问题是：破坏了内包层结构，使其机械性能下降，并且光纤悬于密闭腔体中，空气导热差，使光纤表面热量很难传递出去。
发明内容
为了解决现有包层光功率剥除装置存在的可能会增加激光器的附加损耗以及光纤机械性能降低、空气导热性能差的问题，本发明提供一种光纤包层光功率剥除装置及剥除方法。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种光纤包层光功率剥除装置，包括双包层光纤，所述双包层光纤的中间部分为包层光泄漏部分，还包括光纤套管，所述双包层光纤放置于光纤套管中；
所述光纤套管包括外壳、设置在外壳内部的吸光层、通过吸光层将外壳内部分割成的气体通道和水冷通道、均匀设置在外壳左侧圆形横截面上且均与水冷通道相连通的四个进水口、均匀设置在外壳右侧圆形横截面上且均与水冷通道相连通的四个出水口、均匀设置在外壳左侧圆形横截面上且均与气体通道相连通的两个进气口、均匀设置在外壳右侧圆形横截面上且均与气体通道相连通的两个出气口、设置在外壳左右两侧圆形横截面中间位置且均与气体通道相连通的密封口；
所述双包层光纤穿过左右两侧的密封口，所述密封口用密封胶密封并将双包层光纤固定，所述包层光泄漏部分悬于气体通道中；
所述气体通道中充满散射气体，所述散射气体通过进气口、出气口在气体通道中循环；
所述水冷通道中充满冷却水，所述冷却水通过进水口、出水口在水冷通道中循环。
进一步的，所述吸光层采用表面进行了打黑和粗糙处理的金属制成。
进一步的，所述光纤套管采用导热金属制成。
进一步的，将双包层光纤的中间部分去除涂覆层和外包层，裸漏出内包层作为包层光泄漏部分。
进一步的，所述散射气体中含有散射粒子，所述散射气体选自氮气或惰性气体中的一种或多种。
进一步的，所述散射粒子的尺寸为50～500μm。
进一步的，所述散射粒子选自二氧化钛、三氧化二铝或石墨中的一种或多种。
进一步的，所述冷却水的温度为20度。
本发明的一种光纤包层光功率剥除方法，包括以下步骤：
将双包层光纤的中间部分去除涂覆层和外包层，裸漏出内包层作为包层光泄漏部分，将双包层光纤放置于光纤套管的气体通道中，包层光泄漏部分完全悬于气体通道中，将气体通道两端的密封口用密封胶密封，同时起到固定双包层光纤的作用；所述散射气体通过进气口和出气口在气体通道中循环流动，散射气体中的散射粒子随散射气体流动，流动过程中散射气体中的运动的散射粒子与包层光泄漏部分接触，对包层光进行散射，以此达到包层光功率泄漏的目的；被散射粒子散射的包层光照射到吸光层上，吸光层将包层光吸收转化为自身热量，其产生的热量通过冷却水带走；所述冷却水通过进水口和出水口在水冷通道中循环流动，将包层光功率转化的热量带走，使光纤包层光功率剥离装置保持在恒定的工作温度。
本发明的有益效果是：本发明提出一种光纤包层光功率剥除装置及剥除方法，采用气体中的颗粒物作为光散射单元滤除光纤包层光，通过气体流动进行热量传递帮助光纤散热，以此达到包层光功率剥除的目的。
与现有技术对比，本发明具有如下优点：
1)本发明不需破坏光纤内包层结构，保留有光纤原有的机械强度，工作过程中不易损坏。
2)本发明采用流动气体带动的散射粒子进行热量传递，具有更好的散热效果，可工作在高功率条件下。
3)本发明中，内包层外没有贴覆任何材料，可以减小光纤微弯损耗，提高输出激光的光束质量。
附图说明
图1为本发明的一种光纤包层光功率剥除装置的结构示意图。
图2为光纤包层光功率剥除装置从进气口一侧的截面图。
图中：1、双包层光纤，101、包层光泄漏部分，2、光纤套管，201、吸光层，202、散射气体，203、气体通道，204、进气口，205、出气口，206、冷却水，207、水冷通道，208、进水口，209、出水口，210、密封口，211、外壳。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的一种光纤包层光功率剥除装置，主要包括双包层光纤1、光纤套管2。
双包层光纤1的中间部分为包层光泄漏部分101。包层光泄漏部分101去除了涂覆层和外包层。
光纤套管2主要包括吸光层201、散射气体202、气体通道203、进气口204、出气口205、冷却水206、水冷通道207、进水口208、出水口209、密封口210、外壳211。
光纤套管2由铝、铜等导热金属制成。
在外壳211左侧的圆形横截面上均匀设置有四个进水口208，在外壳211右侧的圆形横截面上均匀设置有四个出水口209。
在外壳211左侧的圆形横截面上均匀设置有两个进气口204，在外壳211右侧的圆形横截面上均匀设置有两个出气口205。
在外壳211左右两侧的圆形横截面的中间位置均设置有一密封口210。
在外壳211内部设置有一吸光层201，通过该吸光层201将外壳211内部分割成气体通道203和水冷通道207。水冷通道207位于气体通道203外圈。同时，四个进水口208和四个出水口209均与水冷通道207相连通，两个进气口204、两个出气口205、密封口210均与气体通道203相连通。
散射气体202通过进气口204充入气体通道203中。气体通道203中充满了散射气体202，散射气体202通过进气口204、出气口205在气体通道203中循环。
冷却水206通过进水口208进入水冷通道207中。水冷通道207中充满了冷却水206，冷却水206通过进水口208、出水口209在水冷通道207中循环。
双包层光纤1放置于光纤套管2中。具体的是：双包层光纤1穿过左右两侧的密封口210，密封口210用密封胶密封并将双包层光纤1固定，双包层光纤1的包层光泄漏部分101位于光纤套管2中，包层光泄漏部分101悬于气体通道203中。
本实施方式中，吸光层201为表面进行了打黑和粗糙处理的金属。
本实施方式中，散射气体202为含有散射粒子的氮气、惰性气体或者它们的两种及两种以上的混合物。散射气体202中包含尺寸为50～500μm的散射粒子，散射粒子为二氧化钛、三氧化二铝或石墨等耐高温物质的颗粒。
本实施方式中，冷却水206的温度为20度为最佳温度。
本发明的一种光纤包层光功率剥除方法，是采用上述的一种光纤包层光功率剥除装置实现的，具体操作过程如下：
将双包层光纤1的中间部分去除涂覆层和外包层，裸漏出内包层作为包层光泄漏部分101，将双包层光纤1放置于光纤套管2的气体通道203中，包层光泄漏部分101完全悬于气体通道203中，将气体通道203两端的密封口210用密封胶密封，同时起到固定双包层光纤1的作用。散射气体202通过进气口204和出气口205在气体通道203中循环流动，散射气体202中的散射粒子随散射气体202流动，流动过程中散射气体202中的运动的散射粒子与包层光泄漏部分101接触，对包层光进行散射，以此达到包层光功率泄漏的目的。被散射粒子散射的包层光照射到吸光层201上，吸光层201将包层光吸收转化为自身热量，其产生的热量通过冷却水206带走。冷却水206通过进水口208和出水口209在水冷通道207中循环流动，将包层光功率转化的热量带走，使光纤包层光功率剥离装置保持在恒定的工作温度。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
取长度大于50cm的双包层光纤1，在其中间位置采用机械剥除的方式，去除涂覆层和外包层剩下包层光泄漏部分101，去除长度为10cm。将双包层光纤1放在光纤套管2中，双包层光纤1穿过密封口210，密封口210用密封胶密封并将双包层光纤1固定。包层光泄漏部分101悬于气体通道203中。光纤套管2的材料为黄铜材质。
气体通道203中充满散射气体202，散射气体202在进气口204、气体通道203、出气口205中循环流动。散射气体202由氮气组成，其中包含有直径为50～100μm的二氧化钛颗粒。二氧化钛颗粒随气体流动而运动，运动过程中与包层光泄漏部分101接触，将包层光散射到气体中，并照射到吸光层201上被其吸收，吸光层201吸收了包层光后温度升高。
水冷通道207中充满冷却水206，冷却水206在进水口208、水冷通道207、出水口209中循环流动。冷却水206为去离子水，从出水口209流出后进入水冷机进行热交换，保证冷却水206的温度为20度。冷却水206在循环过程中将吸光层201产生的热量带走。由此实现了包层光功率的滤除。
实施例2
取长度大于50cm的双包层光纤1，在其中间位置采用机械剥除的方式，去除涂覆层和外包层剩下包层光泄漏部分101，去除长度为10cm。将双包层光纤1放在光纤套管2中，双包层光纤1穿过密封口210，密封口210用密封胶密封并将双包层光纤1固定。包层光泄漏部分101悬于气体通道203中。光纤套管2的材料为黄铜材质。
气体通道203中充满散射气体202，散射气体202在进气口204、气体通道203、出气口205中循环流动。散射气体202由惰性气体氦气组成，其中包含有直径为200～250μm的三氧化二铝与二氧化钛的混合颗粒(三氧化二铝与二氧化钛的体积比为3:1)。三氧化二铝与二氧化钛的混合颗粒随气体流动而运动，运动过程中与包层光泄漏部分101接触，将包层光散射到气体中，并照射到吸光层201上被其吸收，吸光层201吸收了包层光后温度升高。
水冷通道207中充满冷却水206，冷却水206在进水口208、水冷通道207、出水口209中循环流动。冷却水206为去离子水，从出水口209流出后进入水冷机进行热交换，保证冷却水206的温度为20度。冷却水206在循环过程中将吸光层201产生的热量带走。由此实现了包层光功率的滤除。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种光纤包层光功率剥除装置，包括双包层光纤(1)，所述双包层光纤(1)的中间部分为包层光泄漏部分(101)，其特征在于，还包括光纤套管(2)，所述双包层光纤(1)放置于光纤套管(2)中；
所述光纤套管(2)包括外壳(211)、设置在外壳(211)内部的吸光层(201)、通过吸光层(201)将外壳(211)内部分割成的气体通道(203)和水冷通道(207)、均匀设置在外壳(211)左侧圆形横截面上且均与水冷通道(207)相连通的四个进水口(208)、均匀设置在外壳(211)右侧圆形横截面上且均与水冷通道(207)相连通的四个出水口(209)、均匀设置在外壳(211)左侧圆形横截面上且均与气体通道(203)相连通的两个进气口(204)、均匀设置在外壳(211)右侧圆形横截面上且均与气体通道(203)相连通的两个出气口(205)、设置在外壳(211)左右两侧圆形横截面中间位置且均与气体通道(203)相连通的密封口(210)；
所述双包层光纤(1)穿过左右两侧的密封口(210)，所述密封口(210)用密封胶密封并将双包层光纤(1)固定，所述包层光泄漏部分(101)悬于气体通道(203)中；
所述气体通道(203)中充满散射气体(202)，所述散射气体(202)通过进气口(204)、出气口(205)在气体通道(203)中循环；
所述水冷通道(207)中充满冷却水(206)，所述冷却水(206)通过进水口(208)、出水口(209)在水冷通道(207)中循环。
2.根据权利要求1所述的一种光纤包层光功率剥除装置，其特征在于，所述吸光层(201)采用表面进行了打黑和粗糙处理的金属制成。
3.根据权利要求1所述的一种光纤包层光功率剥除装置，其特征在于，所述光纤套管(2)采用导热金属制成。
4.根据权利要求1所述的一种光纤包层光功率剥除装置，其特征在于，将双包层光纤(1)的中间部分去除涂覆层和外包层，裸漏出内包层作为包层光泄漏部分(101)。
5.根据权利要求1所述的一种光纤包层光功率剥除装置，其特征在于，所述散射气体(202)中含有散射粒子，所述散射气体(202)选自氮气或惰性气体中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的一种光纤包层光功率剥除装置，其特征在于，所述散射粒子的尺寸为50～500μm。
7.根据权利要求5或6所述的一种光纤包层光功率剥除装置，其特征在于，所述散射粒子选自二氧化钛、三氧化二铝或石墨中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种光纤包层光功率剥除装置，其特征在于，所述冷却水(206)的温度为20度。
9.采用权利要求1至8中任意一项所述的剥除装置实现的一种光纤包层光功率剥除方法，其特征在于，包括以下步骤：
将双包层光纤(1)的中间部分去除涂覆层和外包层，裸漏出内包层作为包层光泄漏部分(101)，将双包层光纤(1)放置于光纤套管(2)的气体通道(203)中，包层光泄漏部分(101)完全悬于气体通道(203)中，将气体通道(203)两端的密封口(210)用密封胶密封，同时起到固定双包层光纤(1)的作用；所述散射气体(202)通过进气口(204)和出气口(205)在气体通道(203)中循环流动，散射气体(202)中的散射粒子随散射气体(202)流动，流动过程中散射气体(202)中的运动的散射粒子与包层光泄漏部分(101)接触，对包层光进行散射，以此达到包层光功率泄漏的目的；被散射粒子散射的包层光照射到吸光层(201)上，吸光层(201)将包层光吸收转化为自身热量，其产生的热量通过冷却水(206)带走；所述冷却水(206)通过进水口(208)和出水口(209)在水冷通道(207)中循环流动，将包层光功率转化的热量带走，使光纤包层光功率剥离装置保持在恒定的工作温度。
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