CN109921270A - 一种包层功率剥除装置及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包层光剥离技术领域，具体而言，涉及一种包层功率剥除装置及激光器，包层功率剥除装置包括冷却壳体、光纤及胶层；冷却壳体包括冷却腔及第一通道、第二通道，第一通道及第二通道与冷却腔连通，冷却壳体内部填充冷却液；光纤的两侧涂覆段安装于第一通道和第二通道以使裸纤段悬空安置于冷却腔内；胶层包覆涂覆段，以将两侧涂覆段分别与第一通道和第二通道密封粘接。通过将光纤的涂覆段使用胶层与冷却壳体粘接，一方面剥除返回到光纤涂覆层中的杂散光，防止回光加热涂覆层；另一方面通过与冷却壳体的接触有效制冷光纤涂覆层，防止光纤过热，从而可以提高剥除包层功率。
Description
技术领域
本发明涉及包层光剥离技术领域，具体而言，涉及一种包层功率剥除装置及激光器。
背景技术
目前，包层功率剥除装置主要是以光学胶水涂覆或裸纤表面微结构处理实现。前者是通过在裸纤上涂抹高折射率聚合物材料，使光纤包层中的光折射出去，达到包层光剥离的效果；后者则是在裸纤表面上作腐蚀或烧蚀或其他处理方式，形成非平整表面，将包层光散射出光纤。
使用胶水涂覆的方法进行光剥离的最大缺陷在于，胶水不够透光，且不够耐热，剥除的废光会部分转换成热量，致使光胶有老化和烧毁的风险，因此一般最多只能剥除几十瓦的功率，而微结构处理的方法，采用直接液冷的方式，器件的剥离功率可达千瓦。但缺点是，冷却液中的杂质会污染光纤裸纤，造成局部发热，且随着杂质持续堆积，最终导致器件烧毁，减短器件的使用寿命。若不对光纤进行直接液冷，由于光纤裸纤的表面微结构会造成小部分散射光回返至激光注入端，导致其上的光纤涂覆层发热，剥除功率一般限制在百瓦量级。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种包层功率剥除装置及激光器，以改善现有的包层功率剥除无法满足需求等问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明实施例提供了一种包层功率剥除装置，所述包层功率剥除装置包括冷却壳体、光纤及胶层；
所述冷却壳体包括冷却腔、第一通道及第二通道，所述第一通道及第二通道分别形成于所述冷却腔的两侧，所述第一通道及所述第二通道与所述冷却腔连通，所述冷却壳体中空，中空的所述冷却壳体内部填充冷却液；
所述光纤包括用于进行包层功率剥除的裸纤段及具有涂覆层的涂覆段，所述涂覆段位于所述裸纤段的两侧，所述涂覆段安装于所述第一通道和所述第二通道以使所述裸纤段悬空安置于所述冷却腔内；
所述胶层包覆所述涂覆段，以将所述涂覆段与所述第一通道和第二通道密封粘接。
进一步地，所述冷却腔的内径大于所述第一通道和所述第二通道的内径。
进一步地，所述冷却腔的内壁设置有吸光层。
进一步地，所述胶层为导热材料制成。
进一步地，所述裸纤段的表面形成多个凹凸不平的散射微结构。
进一步地，所述冷却壳体包括上壳体及与所述上壳体对应的下壳体。
进一步地，所述冷却壳体一体成型。
本发明还提供了一种激光器，所述激光器包括上述的包层功率剥除装置。
相对现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种包层功率剥除装置及激光器，所述包层功率剥除装置包括冷却壳体、光纤及胶层；所述冷却壳体包括冷却腔、第一通道及第二通道，所述第一通道及第二通道分别形成于所述冷却腔的两侧，所述第一通道及所述第二通道与所述冷却腔连通，所述冷却壳体中空，中空的所述冷却壳体内部填充冷却液；所述光纤包括用于进行包层功率剥除的裸纤段及具有涂覆层的涂覆段，所述涂覆段位于所述裸纤段的两侧，所述涂覆段安装于所述第一通道和所述第二通道以使所述裸纤段悬空安置于所述冷却腔内；所述胶层包覆所述涂覆段，以将所述涂覆段与所述第一通道和第二通道密封粘接。通过将光纤的涂覆段使用胶层粘附在冷却壳体第一通道和第二通道中，一方面剥除返回到光纤涂覆层中的杂散光，防止回光加热涂覆层；另一方面通过与冷却壳体的接触有效制冷光纤涂覆层，防止光纤过热，从而可以可靠地剥除1kW以上的包层功率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式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示出了本发明所提供的一种包层功率剥除装置的示意图。
图2示出了冷却壳体的剖面视图。
图3示出了冷却壳体的结构示意图。
图4示出了光纤发生朗伯散射的示意图。
图标：100-包层功率剥除装置；110-冷却壳体；111-第一通道；112-第二通道；113-冷却腔；114-底座；1141-第一表面；1142-第一凹槽；1143-第二凹槽；1144-第一凹陷部；115-上盖；1151-第二表面；130-光纤；131-涂覆段；133-裸纤段；150-胶层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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“上”、“下”、“左”、“右”、“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，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。
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。
在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。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。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
第一实施例
请参阅图1，本实施例提供了一种包层功率剥除装置100，包层功率剥除装置100包括冷却壳体110、光纤130及胶层150。光纤130设置于冷却壳体110内，通过胶层150将光纤130与冷却壳体110固定连接。
光纤130包括用于进行包层功率剥除的裸纤段133，还包括包含涂覆层的涂覆段131，涂覆段131位于裸纤段133的两侧。
请参阅图2，冷却壳体110包括冷却腔113、第一通道111及第二通道112，第一通道111及第二通道112分别形成于冷却腔113的两侧，第一通道111及第二通道112与冷却腔113连通。
请参阅图3，在一种实施方式中，冷却壳体110包括底座114及上盖115，底座114包括第一表面1141，第一表面1141上凹陷形成第一凹陷部1144、第一凹槽1142及第二凹槽1143，第一凹槽1142及第二凹槽1143形成于第一凹陷部1144的两侧，第一凹槽1142与第二凹槽1143均与第一凹陷部1144连通，第一凹槽1142、第二凹槽1143、第一凹陷部1144的轴线处于同一条直线上。
上盖115与底座114相配合，上盖115包括第二表面1151，第二表面1151与第一表面1141相对，第二表面1151上凹陷形成第二凹陷部(图未示)、第三凹槽及第四凹槽，第三凹槽及第四凹槽形成于第二凹陷部的两侧，第三凹槽与第四凹槽均与第二凹陷部连通，第三凹槽、第四凹槽、第二凹陷部的轴线处于同一条直线上。
请结合参阅图2和图3，当上盖115与底座114配合时，第一表面1141和第二表面1151紧密连接，第一凹槽1142与第三凹槽相对设置形成第一通道111，第二凹槽1143与第四凹槽相对设置形成第二通道112，第一凹陷部1144与第二凹陷部相对设置形成冷却腔113，冷却腔113的内径大于第一通道111或第二通道112的内径，例如，冷却腔113的内径可以是第一通道111或第二通道112内径的1.5倍或2倍以上。
于本实施例中，上盖115和底座114形状相似，但在本实施例的其他实施方式中，上盖115和底座114还可以设置不同的形状结构，例如上盖115的第二表面1151上仅设置第二凹陷部，不含第三凹槽和第四凹槽，本实施例对此不作限定，还可以是其他的设置形式。
于本实施例中，上盖115和底座114可以分开设置，但在本实施例的其他实施方式中，上盖115和底座114还可以一体设置，例如利用金属材料一体成型设置等。
请继续参阅图1，于本实施例中，光纤130可以通过第一通道111、冷却腔113、第二通道112贯穿冷却壳体110。冷却腔113的内壁做粗糙处理，并涂设有吸光材料制成的吸光层，以避免光纤130散射出的光经过冷却腔113的内壁再次散射或反射返回光纤130对光纤130进行加热。
第一通道111、第二通道112的形状可以是圆柱形的管状通道，但不限于此，还可以是其他形状的通道。同理，冷却腔113的形状可以是一圆柱形、球形空腔等，也可以是槽状空腔或其他的形状结构，只需能够满足增大冷却腔113体积、增大冷却腔113内壁的面积即可，本实施例对此不做限定。
一般地，冷却壳体110由导热性良好的材料制成，例如，金属材料。冷却壳体110内部中空，在中空的冷却壳体110内部填充有冷却液，例如可以是冷却油或冷却水等材料，从而可以与金属壳体之间进行快速换热，对光纤130进行冷却。
光纤130的涂覆段131固定安装于第一通道111和第二通道112，以使裸纤段133悬空安置于冷却腔113内，裸纤段133的光纤表面形成多个凹凸不平的散射微结构，可以通过腐蚀、烧蚀、研磨等工艺，还可以通过涂覆微纳材料等方法在裸纤段133表面形成散射微结构以进行包层功率剥除，例如可以通过二氧化碳激光等对裸纤段133表面进行烧蚀处理。
在常规的采用微结构处理的包层功率剥除方法中，采用直接液冷的方式，器件的剥离功率可达千瓦，然而，冷却液中的杂质会对光纤裸纤造成持续污染，导致器件易烧毁，使用寿命受限。若不对光纤进行直接液冷，请参阅图4，由于光纤裸纤的表面微结构会造成光沿各个方向和角度朗伯散射，小部分光会回返至激光注入端，导致光纤涂覆层发热，限制功率的提升。于本实施例中，请继续参阅图1，光纤130可以安装在第一通道111及第二通道112中，具体地，光纤130的涂覆段131安装于第一通道111和第二通道112，从而使光纤130的裸纤段133悬空容置于冷却腔113内，包层功率剥除装置100包括胶层150，胶层150包覆在光纤130的涂覆段131的外围，将涂覆段131固定粘接在第一通道111和第二通道112中，一方面使涂覆段131与冷却壳体110紧密粘接，另一方面，起到密封的作用，避免光线穿透。
胶层150采用导热性良好的材料制成，胶层150包覆光纤130的涂覆段131与第一通道111和第二通道112紧密接触，一方面可以剥除返回涂覆段131中的杂散光，防止回光加热光纤涂覆层；另一方面，光纤130的热量可以直接被冷却壳体110及其内部的冷却液吸收，从而可以有效制冷光纤130涂覆层，防止光纤130过热，使包层功率剥除装置100能够极大的缓解光纤130的热管理问题，有效的耐受1kW以上的光功率剥除。
需要说明的是，于本实施例中，光纤130以直线形态安置在冷却壳体110内，但也可以通过改变通道形状使光纤130以一定的弯曲形态安置在冷却壳体110内。
于本实施例中，光纤130的裸纤段133悬空容置于冷却腔113内，冷却腔113的内径大于光纤130的内径，通过增大冷却腔113的空间体积，冷却腔113的内壁面积增大，可以降低冷却腔113内壁辐照的剥离光功率密度。可以理解地，在光纤130剥除光功率一定的情况下，冷却腔113的内壁面积越大，则内壁上光致热能的面密度越小，壳体的散热性能越高；通过增大冷却腔113的内部体积，增大冷却腔113的内壁面积，可以有效地提高冷却壳体110的冷却速率。一方面，光纤130表面的散射微结构沿各个方向和角度朗伯散射的光可以被冷却腔113内壁的吸光层吸收，避免其多次反射；另一方面，光纤130裸纤悬空设置在冷却腔113内，不直接与冷却腔113内壁、冷却液接触，可以避免冷却液或冷却腔113内壁的杂质污染光纤130导致其发热，降低了对冷却液的限制，能够充分保障器件本身的使用寿命。
在本发明的一种实施方式中，冷却壳体110可以设置有进液口及出液口，可以通过进液口及出液口更新冷却液，使冷却液完成循环，提高冷却效率。
在本实施例的一种实施方式中，冷却腔113内可以填充空气，还可以是其他的气体或液体，本实施例对此不做限定。
第二实施例
本发明还提供了一种激光器，激光器包括上述的包层功率剥除装置100，从而可以有效地剥除残余包层光。需要说明的是，本实施例提供的激光器，其包层功率剥除装置100所产生的技术效果与基本原理与上述实施例提供的包层功率剥除装置100基本相同，为简要描述，本实施例不再进行详细说明，本实施例未介绍详尽之处，请参阅前述实施例中的相关内容。
综上所述，本实施例提供了一种包层功率剥除装置及激光器，包层功率装置通过将光纤的涂覆段与冷却壳体直接接触，通过胶层粘接，达到消除返回光和冷却光纤涂覆层的作用，解决包层功率剥除装置的输入光纤易发热的问题，使器件剥离功率耐受能力提升到千瓦以上水平；通过设置冷却壳体中间空腔结构，有效降低壳体内壁辐照的光功率密度和光纤表面微结构上的来回散射光，减少壳体的热能密度和光纤的自热沉积，有效抑制壳体和光纤自身的温升速率，使器件剥离功率耐受能力提升到千瓦以上水平；裸纤段悬空设置在冷却腔中，通过隔离冷却液和光纤等光学结构，避免冷却液中的杂质污染光纤等光学结构，充分保障器件的使用寿命。
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 (8)
1.一种包层功率剥除装置，其特征在于，所述包层功率剥除装置包括冷却壳体、光纤及胶层；
所述冷却壳体包括冷却腔、第一通道及第二通道，所述第一通道及第二通道分别形成于所述冷却腔的两侧，所述第一通道及所述第二通道与所述冷却腔连通，所述冷却壳体中空，中空的所述冷却壳体内部填充冷却液；
所述光纤包括用于进行包层功率剥除的裸纤段及具有涂覆层的涂覆段，所述涂覆段位于所述裸纤段的两侧，所述涂覆段安装于所述第一通道和所述第二通道以使所述裸纤段悬空安置于所述冷却腔内；
所述胶层包覆所述涂覆段，以将所述涂覆段与所述第一通道和第二通道密封粘接。
2.如权利要求1所述的包层功率剥除装置，其特征在于，所述冷却腔的内径大于所述第一通道和所述第二通道的内径。
3.如权利要求1所述的包层功率剥除装置，其特征在于，所述冷却腔的内壁设置有吸光层。
4.如权利要求1所述的包层功率剥除装置，其特征在于，所述胶层为导热材料制成。
5.如权利要求1所述的包层功率剥除装置，其特征在于，所述裸纤段的表面形成多个凹凸不平的散射微结构。
6.如权利要求1所述的包层功率剥除装置，其特征在于，所述冷却壳体包括上壳体及与所述上壳体对应的下壳体。
7.如权利要求1所述的包层功率剥除装置，其特征在于，所述冷却壳体一体成型。
8.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括如权利要求1～7任意一项所述的包层功率剥除装置。
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