CN206411295U - 一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板。本实用新型公开了一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板，包括板体，所述板体上侧面开设有椭圆涡状线形凹槽，所述椭圆涡状线形凹槽内设有光纤。本实用新型目的是：解决传统光纤盘绕板结构缺陷导致模式畸变和耦合，输出激光光束质量差，光纤中模式不稳定阈值功率降低的问题。

Description

一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板

技术领域

本实用新型属于光纤激光器技术领域，具体涉及一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板。

背景技术

在高功率光纤激光器中，使用纤芯允许支持少数几个模式的大模场面积光纤技术，增大了纤芯直径和截面积，以提高吸收系数、降低功率密度和非线性效应阈值，从而提高了激光器的输出功率。对于大模场面积光纤，需要通过一定的技术来获得单模激光输出，其中最常用的是通过弯曲技术来选模，主要原理是随着光纤弯曲直径的减小，光纤中传输激光的损耗增大并且基模激光（LP01模式）的弯曲损耗最小，从而利用弯曲滤模技术来保留基模激光，而剥离出高阶模式的激光，最终获得高光束质量的激光输出。

对于技术成熟、最常用的圆形结构阶跃光纤，光纤弯曲会造成模场畸变，从而导致激光在不同模式之间的耦合。在高功率的激光器中，这种模式的耦合，也将导致输出激光的模式不稳定现象发生，从而表现为限制光纤激光器输出功率的模式不稳定现象。

研究文献表明，光纤的盘绕方式对模式的激发是有影响的。光纤由拉直状态过渡到弯曲状态的过程中，光纤的有效弯曲半径会经历突变，由于两种状态中光纤纤芯中的模场分布不匹配，直光纤中的基模光在进入弯曲光纤中时，会激发出高阶模的光，这种弯曲半径的突变导致激发的高阶模式比例要大于有效弯曲半径经历渐变的情况。由弯曲光纤过渡到直光纤，当有效弯曲半径经历突变的情况下，由弯光纤进入直光纤中激发出的基模的比例要小于有效弯曲半径经历渐变的情况，导致高阶模式激发。

在高功率光纤激光器中，光纤中高阶模式的激发，将导致模式不稳定现象发生，并且限制了激光器的最高基模输出功率。

虽然圆形结构的光纤排布能够避免由于弯曲半径突变导致激光高阶模式的激发，但是传统双包层光纤的内包层为多边形结构，其对称的结构方式，将导致光纤中存在一定比例的螺旋光，这部分螺旋的泵浦光无法穿过纤芯，被纤芯中的增益离子吸收和转化为所需要的激光。国外的研究表明，可以通过光纤弯曲和扭转带来的应力，能够破坏这种螺旋光成分，提高光纤对泵浦光的吸收效率，从而提高激光器的效率。

目前，在高功率光纤激光器中，光纤的盘绕方式一般为圆形结构，或者跑道形结构。

其中在跑道形光纤盘绕方式中，两侧的光纤为圆形盘绕方式，弯曲直径不变，在中间部分为直线，弯曲半径无穷大，两者的交界处，光纤的弯曲半径存在突变。这种突变将导致模式的畸变和增加不同模式之间的耦合。在跑道形结构中，由于从跑道两边的圆形到跑道中间的直边之间，存在弯曲半径的突变，这种突变容易激发模式之间的耦合，从而降低了模式不稳定的阈值功率。

而盘绕方式为圆形结构的光纤，其弯曲直径几乎不变化，无法充分的抑制内包层中的螺旋光，从而使部分螺旋成分的泵浦光无法经过纤芯，而被稀土离子吸收，降低了激光器的光转换效率。同时，在实际使用过程中，在圆形结构的输入和输出端存在光纤被拉直的状态，存在一个从弯曲变为直边的弯曲半径突变，从而产生与跑道形盘绕方式类似的问题。

发明内容

本实用新型的目的是：旨在提供一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板，用来解决传统光纤盘绕板结构缺陷导致模式畸变和耦合，输出激光光束质量差，光纤中模式不稳定阈值功率降低的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板，包括板体1，所述板体1表面开设有椭圆涡状线形凹槽2，所述椭圆涡状线形凹槽2内设有光纤。

采用上述技术方案的实用新型，把光纤放置在椭圆涡状线形凹槽内，使光纤进行椭圆涡状线形盘绕，能够利用光纤弯曲半径的不同，进一步消除光纤内包层中的螺旋光成分，提高内包层结构中泵浦光的利用效率，提高激光器的光转换效率和电光效率；椭圆涡状线形的盘绕方式，使不同光纤点之间的弯曲半径是渐变的，还能够避免光纤弯曲半径突变导致的模式畸变和耦合，在提高输出激光光束质量的同时，提高光纤中模式不稳定的阈值功率，从而提高光纤激光器的输出功率。这样的结构设计，应用在高功率光纤激光器中，有利于获得高效率、高功率的激光输出。

进一步限定，所述椭圆涡状线形凹槽2的长轴尺寸和短轴尺寸比例小于5：1，所述椭圆涡状线形凹槽2的短轴尺寸为20mm～200mm。这样的结构设计，使得光纤的最小弯曲半径较小，能够满足弯曲滤模的需要；同时光纤的有效弯曲半径能满足长时间稳定工作的需要。

进一步限定，所述光纤的输入端为椭圆涡状线形凹槽2的内侧端口或外侧端口。这样的结构设计，便于实际操作。

进一步限定，所述板体1于椭圆涡状线形凹槽2上设有散热槽。这样的结构设计，可在高功率工作时，满足散热的需要。

进一步限定，所述椭圆涡状线形凹槽内圈和下一圈的连接处在有效弯曲半径较大的点，这样的结构设计，在实际使用中能更好地实现螺旋形盘绕。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板实施例的结构示意图；

主要元件符号说明如下：

板体1、椭圆涡状线形凹槽2。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1所示，本实用新型的一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板，包括板体，板体表面开设有椭圆涡状线形凹槽，椭圆涡状线形凹槽内设有光纤，椭圆涡状线形凹槽的长轴尺寸和短轴尺寸比例小于5：1，椭圆涡状线形凹槽的短轴尺寸为10mm～200mm，光纤的输入端为椭圆涡状线形凹槽的内侧端口或外侧端口，板体于椭圆涡状线形凹槽上设有散热槽，椭圆涡状线形凹槽内圈和下一圈的连接处在有效弯曲半径较大的点。

本实施例中，把光纤放置在椭圆涡状线形凹槽2内，使光纤进行椭圆涡状线形盘绕，能够利用光纤弯曲半径的不同，进一步消除光纤内包层中的螺旋光成分，提高内包层结构中泵浦光的利用效率，提高激光器的转换效率和电光效率；椭圆涡状线形的盘绕方式，使不同光纤点之间的弯曲半径是渐变的，还能够避免光纤弯曲半径突变导致的模式畸变和耦合在提高输出激光光束质量的同时，提高光纤中模式不稳定的阈值功率，从而提高光纤激光器的输出功率。这样的结构设计，应用在高功率光纤激光器中，有利于获得高效率、高功率的激光输出。

优选椭圆涡状线形凹槽的长轴尺寸和短轴尺寸比例小于5：1，椭圆涡状线形凹槽的短轴尺寸为10mm～200mm。这样的结构设计，使得光纤的最小弯曲半径较小，能够满足弯曲滤模的需要；同时光纤的有效弯曲半径能满足长时间稳定工作的需要。实际上，也可根据实际情况，具体考虑椭圆涡状线形凹槽2的长轴尺寸和短轴尺寸比例，以及椭圆涡状线形凹槽2的短轴尺寸。

优选光纤的输入端为椭圆涡状线形凹槽的内侧端口或外侧端口。这样的结构设计，便于实际操作。实际上，也可根据实际情况，考虑光纤的输入端为椭圆涡状线形凹槽2的外侧端口。

优选板体于椭圆涡状线形凹槽上设有散热槽。这样的结构设计，可在高功率工作时，满足散热的需要。实际上，也可根据实际情况，考虑其他能加快光纤散热速度的结构设计。

优选椭圆涡状线形凹槽2内圈和下一圈的连接处在有效弯曲半径较大的点，这样的结构设计，在实际使用中能更好地实现螺旋形盘绕。实际上，也可根据实际情况，具体考虑椭圆涡状线形凹槽2内圈和下一圈的具体连接位置。

以上对本实用新型提供的一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板，其特征在于：包括板体(1)，所述板体(1)表面开设有椭圆涡状线形凹槽(2)，所述椭圆涡状线形凹槽(2)内设有光纤，椭圆涡状线形凹槽(2)的长轴尺寸和短轴尺寸比例小于5：1，所述椭圆涡状线形凹槽(2)的短轴尺寸为20mm～200mm，椭圆涡状线形凹槽(2)内圈和下一圈的连接处在有效弯曲半径较大的点。

2.根据权利要求1所述的一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板，其特征在于：所述光纤的输入端为椭圆涡状线形凹槽(2)的内侧端口或外侧端口。

3.根据权利要求1所述的一种用于大功率光纤激光器中的光纤盘绕板，其特征在于：所述板体(1)于椭圆涡状线形凹槽(2)上设有散热槽。