CN204631286U - 包层光剥离器及包层光剥离器冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种包层光剥离器。包层光剥离器包括纤芯、包覆于纤芯外侧的包层及包覆于包层外侧的涂覆层。涂覆层沿纤芯的轴向开设有多个窗口，多个窗口沿纤芯的轴向依次排列，窗口的长度L沿光的传输方向依次增大，窗口的长度L满足以下关系，3.5d≤L≤5.5d；其中，d为包层的外径大小。上述包层光剥离器通过调节窗口的长度大小，使包层光能够均匀的从各个窗口剥离出去，从而平衡多个窗口的剥离效率，使上述包层光剥离器的温度分布均匀。还提供一种包层光剥离器冷却系统。

Description

包层光剥离器及包层光剥离器冷却系统

技术领域

本实用新型涉及激光领域，特别是涉及一种包层光剥离器及包层光剥离器冷却系统。

背景技术

光纤激光器以其高效率、高功率、高光束质量等诸多优点引起人们的重视，尤其是采用了包层泵浦技术的双包层光剥离器，极大的提高了光纤激光器的输出功率，具有广泛的应用前景，成为近年来的研究热点。其中，双包层光纤的结构由里到外分别为纤芯、包层及涂覆层。它是一种具有特殊结构的光纤，比普通单模光纤增加了一个包层，其横截面尺寸和数值孔径都远大于纤芯。

在双包层光剥离器中，光纤的纤芯仅支持单模传输，所以光束质量高。包层与涂覆层之间传输包层光。包层光包括泵浦光和信息光。这部分包层光在包层与涂覆层中传输，由于熔点损耗、光纤本身基底损耗、光纤弯曲等因素会严重影响光束质量，最终影响激光合束和激光加工。所以有效地将光纤激光器传输光纤包层中的包层光滤除掉，成为光纤激光器中非常重要的一个环节。

目前光剥离器通过设有多个剥离点来剥离包层光，由于各个剥离点的剥离量不同，会导致剥离点之间的产生的热量不同。因此，光剥离器中的温度分布非常不均匀，温度分布的不均匀会对器件的运行产生影响。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种温度分布均匀的光剥离器。

一种包层光剥离器，包括纤芯、包覆于所述纤芯外侧的包层及包覆于所述包层外侧的涂覆层，所述涂覆层沿所述纤芯的轴向开设有多个窗口，多个所述窗口沿所述纤芯的轴向依次排列，所述窗口的长度L沿光的传输方向依次增大，所述窗口的长度L满足以下关系，3.5d≤L≤5.5d；其中，d为所述包层的外径大小。

在其中一个实施例中，所述窗口的深度为W满足以下关系，D/2-d/2≤W≤D/2-d/3；其中，D为所述涂覆层的外径大小，d为所述包层的外径大小。

在其中一个实施例中，还包括折射胶层，所述折射胶层包覆在所述涂覆层的外侧，所述折射胶层填充所述窗口，所述折射胶层的折射率大于所述包层的折射率。

在其中一个实施例中，所述折射胶层的折射率为1.5-1.55。

在其中一个实施例中，所述折射胶层的折射率大小沿光的传输方向依次增大，所述折射胶层的折射率大小与所述窗口的长度成正比例关系。

在其中一个实施例中，所述窗口为矩形。

还提供一种包层光剥离器冷却系统。

一种包层光剥离器冷却系统，包括冷却块及上述的包层光剥离器，所述冷却块的表面开设有狭长形的凹槽，所述包层光剥离器收容于所述凹槽内。

在其中一个实施例中，还包括导热胶层，所述导热胶层填充所述凹槽的内侧壁与所述包层光剥离器的外侧之间的空隙。

在其中一个实施例中，还包括耐高温透明盖板，所述包层光剥离器完全收容于所述凹槽内，所述耐高温透明盖板盖设于凹槽上，且所述耐高温透明盖板与所述冷却块的表面密封连接。

上述包层光剥离器通过调节窗口的长度大小，使包层光能够均匀的从各个窗口剥离出去，从而平衡多个窗口的剥离效率，使上述包层光剥离器的温度分布均匀。

上述包层光剥离器冷却系统，能够及时将包层光剥离器的热量尽快散发出去，防止热量积累，提高光纤激光器的可靠性。

附图说明

图1为本实施方式的包层光剥离器冷却系统的立体图；

图2为图1所示的包层光剥离器的剖视图；

图3为图2所示的包层光剥离器的横截面的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实施方式的包层光剥离器冷却系统10包括包层光剥离器100及冷却块11。冷却块11的表面开设有狭长形的凹槽12，包层光剥离器100收容于凹槽12内。包层光剥离器100与冷却块11热接触，以使包层光剥离器100产生的热量经冷却块11散发掉。可以理解，凹槽12可以为V形槽、U形槽或方槽等。

请参阅图2，本实施方式的包层光剥离器100包括纤芯110、包覆于纤芯110外侧的包层120及包覆于包层120外侧的涂覆层130。

纤芯110支持单模传输，用来传输与放大信号激光，传输光束质量较高。

包层120的直径远大于纤芯110大直径，包层120大多为石英玻璃。

涂覆层130沿纤芯110的轴向开设有多个窗口131。多个窗口131沿纤芯110的轴向依次排列。窗口131的长度L沿光的传输方向依次增大。窗口131的长度L满足3.5d≤L≤5.5d，其中，d为包层120的外径大小。请参阅图2，窗口131的深度为W满足以下关系，D/2-d/2≤W≤D/2-d/3。其中，D为涂覆层130的外径大小，d为包层120的外径大小。

可以理解，窗口131的横截面的形状可以为圆形、椭圆形、矩形。具体在本实施方式中。窗口131的横截面为矩形。

本实施方式的包层光剥离器100还包括折射胶层140，折射胶层140包覆在涂覆层130的外侧，折射胶层140填充窗口131。折射胶层140的折射率大于包层120的折射率。

包层光剥离器100通过在涂覆层130上开设窗口131，然后覆以折射率比包层120材料的折射率更高的折射胶层140来实现剥离包层光。因为折射胶层140的折射率比包层120的折射率高，包层光将不再被限制在包层120中，而是逃逸出来。由于各个窗口131的包层光的剥离量与该位置处的剩余包层光的功率成正比，因此，位于第一个窗口131处的包层光的功率最大，后面的窗口131由于之前窗口131对包层光的剥离作用，则包层光的功率沿传播方向逐渐减小。窗口131的长度L沿光的传输方向依次增大，因此窗口131的泄光面积沿光的功率传播方向依次增大，因此可以使得每个窗口131的剥离的功率相近，使得每个窗口131由于剥离包层光而产生的热量相近，避免由于热量不均匀，使器件材料的热膨胀系数的耦合从而对器件的运行可靠性产生影响。

窗口131的长度L满足3.5d≤L≤5.5d，使得窗口131的长度L最小长度为包层120的外径大小的3.5倍，窗口131的长度L最大长度为包层120的外径大小的5.5倍。窗口131的长度L在此范围内，可以保证所有窗口131的剥离效率相近。不会由于窗口过小或过大，造成窗口131的剥离效率相差较大，造成前后两个窗口131的温差较大。

窗口131的深度为W满足D/2-d/2≤W≤D/2-d/3，满足上述尺寸关系的窗口131，不会由于窗口131的深度较小，不能实现剥离作用，也不会由于窗口131的深度过大，导致窗口的尺寸较大，使该处窗口131的温度较高，影响包层光剥离器100的温度分布。

具体在本实施方式中，折射胶层140的折射率为1.5-1.55。折射胶层140的折射率大小沿光的传输方向依次增大。折射胶层140的折射率大小与窗口131的长度成正比例关系。通过控制折射胶层140的折射率从而可以控制各个窗口131的剥离功率，折射胶层140的折射率较小则对应的窗口131的剥离光较少，折射胶层140的折射率较小则对应的窗口131的剥离光较多。从而可以达到调节窗口131的剥离功率的目的，进一步达到平衡各个窗口131的剥离功率的目的，从而使包层光剥离器100的温度分布更加均匀。

由于入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以被光纤传输。并且，这个角度α的正弦值就为光纤的数值孔径NA。光纤的数值孔径NA表示光纤接收入射光的能力。在满足上述长度和深度条件下的窗口131，可以将具有高光纤的数值孔径NA的包层光和低光纤的数值孔径NA的包层光一起相对均匀地剥离出来，则窗口131的剥离包层光的功率相近，各个窗口131的温度分布相对均匀，因此窗口131起到高效剥离和温度控制的双重作用。

本实施方式的包层光剥离器冷却系统10还包括导热胶层(图未示)。导热胶层填充凹槽12的内侧壁与包层光剥离器100的外侧之间的空隙。导热胶层要求有较高的导热系数，较低的膨胀系数，有很好的填充性，较好的黏度，具有一定的硬度。导热胶层使包层光剥离器冷却系统10产生的热量较好的传播到冷却块11上，以使热量能够及时散发，不会形成热积累。

本实施方式的包层光剥离器冷却系统10包括还包括耐高温透明盖板13。包层光剥离器100完全收容于凹槽12内，耐高温透明盖板13盖设于凹槽12上，且耐高温透明盖板13与冷却块11的表面密封连接。耐高温透明盖板13耐高温，并且将包层光剥离器100密封在凹槽12内，防止包层光剥离器100污染。由于耐高温透明盖板13，红外线可以直接透射，可以通过温度探头或热像仪实时反馈温度，便于使用热像仪监控温度变化。

冷却块11为冷却水箱。冷却块11设有进水孔14及出水孔15。冷水从进水孔进入，从出水孔15排出，带走热量。冷却水箱为金属外壳，金属外壳能够较好的导热，冷却水箱内冷水循环流动，使热量尽快散发出去。

上述包层光剥离器冷却系统10通过密封式封装既能防止灰尘、金属碎屑等物理污染，又能防止外界温度、湿度等因素影响导热胶层的稳定性。上述包层光剥离器100可以平衡各个窗口131的剥离功率，从而达到平均各个窗口131的温度的目的，防止前面窗口131的温度过高，甚至有可能自燃，后面窗口131的温度较低，基本没有温度升高的情况。上述包层光剥离器冷却系统10可以作为一个独立的器件，提高了光纤激光器及放大器在高功率运行时的光束质量，提高了激光合束和激光加工的功率。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种包层光剥离器，包括纤芯、包覆于所述纤芯外侧的包层及包覆于所述包层外侧的涂覆层，其特征在于，所述涂覆层沿所述纤芯的轴向开设有多个窗口，多个所述窗口沿所述纤芯的轴向依次排列，所述窗口的长度L沿光的传输方向依次增大，所述窗口的长度L满足以下关系，3.5d≤L≤5.5d；其中，d为所述包层的外径大小。

2.根据权利要求1所述的包层光剥离器，其特征在于，所述窗口的深度为W满足以下关系，D/2-d/2≤W≤D/2-d/3；其中，D为所述涂覆层的外径大小，d为所述包层的外径大小。

3.根据权利要求1所述的包层光剥离器，其特征在于，还包括折射胶层，所述折射胶层包覆在所述涂覆层的外侧，所述折射胶层填充所述窗口，所述折射胶层的折射率大于所述包层的折射率。

4.根据权利要求3所述的包层光剥离器，其特征在于，所述折射胶层的折射率为1.5-1.55。

5.根据权利要求3所述的包层光剥离器，其特征在于，所述折射胶层的折射率大小沿光的传输方向依次增大，所述折射胶层的折射率大小与所述窗口的长度成正比例关系。

6.根据权利要求3所述的包层光剥离器，其特征在于，所述窗口为矩形。

7.一种包层光剥离器冷却系统，其特征在于，包括冷却块及权利要求1～6任一项所述的包层光剥离器，所述冷却块的表面开设有狭长形的凹槽，所述包层光剥离器收容于所述凹槽内。

8.根据权利要求7所述的包层光剥离器冷却系统，其特征在于，还包括导热胶层，所述导热胶层填充所述凹槽的内侧壁与所述包层光剥离器的外侧之间的空隙。

9.根据权利要求7所述的包层光剥离器冷却系统，其特征在于，还包括耐高温透明盖板，所述包层光剥离器完全收容于所述凹槽内，所述耐高温透明盖板盖设于凹槽上，且所述耐高温透明盖板与所述冷却块的表面密封连接。

10.根据权利要求7所述的包层光剥离器冷却系统，其特征在于，所述冷却块为冷却水箱。