CN208334706U

CN208334706U - 一种光纤包层光剥离器

Info

Publication number: CN208334706U
Application number: CN201820754377.XU
Authority: CN
Inventors: 陈静
Original assignee: SHANGHAI KENAITE LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI KENAITE LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2028-05-21

Abstract

本实用新型属于激光技术领域，具体涉及一种光纤包层光剥离器，包括剥离器外壳、光纤通道、光纤，剥离器外壳由高导热率的金属或陶瓷材料制备；光纤通道位于剥离器外壳内部，贯穿剥离器外壳；光纤通道包括至少2个固定位；光纤通过固定位固定于光纤通道中；光纤包括至少1段表面粗糙段，表面粗糙段任意位置的横截面与同一横截面处光纤通道的横截面面积之比为0.0015‑0.05。本实用新型通过控制光纤表面不同位置的粗糙度，可以获得较为均匀的剥离功率和剥离器温升，剥离功率大，温升系数小，可靠性高。

Description

一种光纤包层光剥离器

技术领域

本实用新型属于激光技术领域，具体涉及一种光纤包层光剥离器。

背景技术

光纤激光器具有结构简单紧凑、光电转换效应高、光束质量好、能量可以通过光纤柔性传输等优点。光纤激光器在切割、焊接、熔覆、快速成型等领域获得的应用。通常，提高的激光功率有利于获得更好的加工效果或更高的加工效率。

双包层光纤具有高数值孔径的外包层和低数值孔径的内包层结构，巧妙地兼顾了泵浦激光输入和高质量信号激光输出，是提高光纤激光器功率输出水平的关键器件之一。双包层光纤可以将75％左右的泵浦光转换为在纤芯传输的信号激光。残余10％左右的泵浦光和少量信号光在包层传输。这些在包层传输的光会加热空间光学系统、降低光纤激光器的亮度、影响激光器的使用效果和激光器的可靠性，需要予以剥除。

包层光剥离器是一种能够将绝大多数包层中的光从双包层光纤中剥除，仅留下纤芯信号光的器件。包层光剥离器的工作原理是通过改变双包层光纤内包层的状态，使包层光不再满足全反射的条件，从光纤中逸出。常用的方法有两种。一种基于光折射原理：在光纤上涂敷高折射聚合物材料或者包裹等效于高折射率材料的金属膜，包层光被折射出光纤；另一种基于光反射原理：通过腐蚀、打磨或者沉积等方法在包层光纤上成不规则的粗糙表面，包层光在粗糙表面入射角小于临界角，无法继续在光纤中形成全反射，从光纤中剥离。

基于光折射原理的包层光剥离器具有剥离效率高、制作简单、成本低廉的特点，适合用于低功率激光器。对于大功率光纤激光器，高折射率聚合物涂层对包层光的吸收将导致剥离点附近的涂层温度急剧升高，而高温又极容易导致涂层透光性能和剥离性能急剧恶化，因此这种剥离器在应用时可靠性较差。

基于光反射原理的包层光剥离器利用了光纤对包层光几乎不吸收的特点，其包层光泄露区附近的光纤温升很小，是一种适合剥除包层光的器件。尽管如此，仍需要通过优化包层光剥离器的设计来解决包层光集中泄露引起的器件外壳局部温度过高以及高温区的热量辐射到光纤上，导致光纤温度过高的问题。

如授权公告号为CN206850212U公开的一种包层泵浦剥离器，包括光纤和剥离装置，所述剥离装置内部设有通道，所述光纤安置于所述通道内，其特征在于，所述光纤包括光纤芯、包覆于光纤芯外的内包层，其中所述内包层通过常规光纤剥除外包层，并露出常规光纤的内包层，所述常规光纤的内包层的外侧通过一次或多次打磨形成粗糙表面获得，所述通道的头部设有第一固定端，所述通道的尾部设有第二固定端，所述光纤通过所述第一固定端和第二固定端悬空安置于所述通道中。但是这种包层泵浦剥离器，仅依靠散热板散热，这种剥离器散热性差；而且，该剥离器内部通过打磨的光纤，在光束通过时，残余光存在发生集中泄露的情况，光纤容易因局部温度过高而烧毁；此外，剥离装置的通道，密封要求高，加工难度大，结构复杂，温度吸收面积小，剥离装置内壁温度高，耐热性差，影响剥离器寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种散热性好、耐热性高、整体温度均匀并低、结构简单、加工方便的一种光纤包层光剥离器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：一种光纤包层光剥离器，包括：包括剥离器外壳、光纤通道以及贯穿光纤通道的光纤；剥离器外壳由高导热率的金属或陶瓷材料制备；光纤通道位于剥离器外壳内部并且贯穿剥离器外壳，光纤通道包括至少2个固定位；光纤通过固定位固定于光纤通道中；光纤包括光纤芯和包覆于光纤芯外的内包层；光纤包括至少1段表面粗糙段，表面粗糙段任意位置的横截面与同一横截面处光纤通道的横截面面积之比为0.0015-0.05。

优选的，与表面粗糙段同一横截面处光纤通道的内壁是粗糙的。

优选的，光纤通道的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的3-7 倍。

优选的，光纤通道的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的4.65 倍。

优选的，剥离器外壳的外部安装有至少1个散热件，散热件由高导热率的金属或陶瓷材料制备。

优选的，剥离器外壳是一体成型的。

优选的，光纤的表面粗糙部分通过打磨和/或化学刻蚀实现。

优选的，光纤包括长度分别为10mm、20mm、30mm、40mm的4段表面粗糙段，4段表面粗糙段通过浓度为20-30％的氢氟酸腐蚀处理得到，处理时间依次为2min、5min、10min、15min。

优选的，光纤包括长度分别为7mm、16mm、20mm、24、33mm的5段表面粗糙段，5段表面粗糙段通过浓度为25％的氢氟酸腐蚀处理得到，处理时间依次为2min、4.5min、7min、12min、19min。

优选的，光纤与固定位采用螺纹连接或胶水连接。

采用本实用新型具有如下的有益效果：

1.剥离器外壳由高导热率的金属或陶瓷材料制备，包层光剥离器外壳上表面的热量能够快速传导至下表面，散热性好。光纤通道包括至少2个固定位，保持光纤在光纤通道中处于直线状态，避免光纤发生局部过热。光纤包括至少一段表面粗糙段，通过控制不同位置光纤的腐蚀或打磨时间，获得不同的表面粗糙度，避免包层光的集中泄露，获得均匀的剥离效果，从而使剥离器内部热量的分布比较均匀，降低包层光剥离器的温度。表面粗糙段任意位置的横截面与同一横截面处光纤通道的横截面面积之比为0.0015-0.05，剥离器工作时，孔内壁吸收被光纤表面散射出来的包层光后，温度升高，较大的内孔直径增加了吸收面积，降低了内壁的温度，内壁耐热性升高，并迅速通过高导热率的剥离器外壳散热，降低包层光剥离器的温度，从而降低了光纤的温度，剥离效率高。

2.表面粗糙段同一横截面处的光纤通道的内壁是粗糙的，剥离器外壳内壁的吸收面积成倍增加，包层光剥离器的温度得到进一步降低。

3.光纤通道的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的3-7倍时， 200W的包层光剥离器温度稳定在15-60℃。

4.光纤通道的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的4.65倍时， 200W的包层光剥离器温度稳定在18-43℃。

5.剥离器外壳的外部安装有至少1个散热件(11)，散热件(11)由高导热率的金属或陶瓷材料制备，散热件(11)呈凹型包覆于剥离器外，使剥离器迅速散热。

6.剥离器外壳是一体成型的，由整块高导热率材料加工的一体式结构，机械强度高，结构简单，加工方便，且具有较大面积的散热底面，包层光剥离器外壳上表面的热量能够快速传导至下表面，利于散热。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中一种光纤包层光剥离器的技术原理示意图。

图2为本实用新型实施例1中一种光纤包层光剥离器的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

下面详细介绍一种剥离功率在200W左右的包层光剥离器的具体实施方式和实际效果。

如图1所示，左侧的光纤表面光滑，右侧的光纤表面粗糙。从A点发出的包层光反射在光纤内部的B点处，由于入射角大于或等于临界角，满足全反射条件，包层光又被反射到右侧的粗糙光纤C点。包层光在C点的入射角小于临界角，不再满足全反射条件，从光纤中折射出来，完成剥离。不满足全反射条件的反射面越多，包层光越容易从光纤中剥离，剥离率越高。通过控制光纤不同位置的粗糙度，可以获得不同密度的不满足全反射条件的反射面，从而控制剥离率。

如图2所示，一种光纤包层光剥离器，包括：剥离器外壳1、光纤通道2、光纤3。

剥离器外壳1由高导热率的金属或陶瓷材料制备且一体成型。剥离器外壳 1的外部安装有2个由高导热率的金属或陶瓷材料制备的散热件11，散热件11 可以呈翼型、螺旋形、树枝状。散热件11与空气接触的比表面积大，散热效果好。

光纤通道2位于剥离器外壳1内部，贯穿剥离器外壳1，光纤通道2包括2 个固定位21。

光纤3贯穿光纤通道2。光纤3包括光纤芯31和包覆于光纤芯31外的内包层32。内包层32通过剥除普通双包层光纤的外包层得到。光纤3通过固定位21固定于光纤通道2中。光纤3包括4段表面粗糙段33，表面粗糙段33任意位置的横截面与同一横截面处光纤通道2的横截面面积之比分别为0.05、0.01、 0.004、0.0015。表面粗糙部分通过打磨实现。光纤3与固定位21采用胶水连接。

与表面粗糙段33同一横截面处的光纤通道2的内壁是粗糙的。光纤通道2 的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的4.65倍。

剥离器外壳1的制备方法如下：

使用一块尺寸为125mm*30mm*15mm的铝合金材料制作剥离器外壳1。在垂直于尺寸为30mm*15mm的侧面的中心位置加工一个内径为12mm的盲孔，盲孔底部到另外一个侧面的距离为8mm左右。在另一个尺寸为30mm*15mm 的侧面加工一个于上述盲孔同心的直径为1～1.5mm左右的通孔。在尺寸为 125mm*30mm的侧面两端各加工一个直径1.5mm左右的通孔。

使用一块直径12mm长度为8mm的铝合金圆柱制作剥离器堵块12。在圆柱端面加工一个直径1～1.5mm左右的通孔。在圆柱侧面加工直径1.5mm左右的通孔。

将打磨后的光纤3依次穿在剥离器外壳1和剥离器堵块12的小孔内，并将剥离器堵块12塞在包层光剥离器外壳1一端。调整好光纤的位置后，将环氧树脂胶或紫外光固化通过注胶孔注入后，自然固化或紫外光固化完成封装。

将本实施例的包层光剥离器进行性能测试，测试条件为：剥离器冷面温度 20℃，注入双包层光纤的激光功率200W。实测剥离率大于98％，剥离器最高温度42.3℃，温升系数0.152℃/W，剥离器两端光纤的温度不超过35℃。

1.将包层光剥离器外壳设计成由整块高导热率材料加工的一体式结构，具有较大面积的散热底面。包层光剥离器外壳上表面的热量能够快速传导至下表面。

2.在包层光剥离器外壳内部加工一个直径尽可能大的孔。在该孔的同轴位置安装一根经过特殊处理过的光纤。孔内壁吸收被光纤表面散射出来的包层光后，温度升高。较大的内孔直径增加了吸收面积，降低了内壁的温度，从而降低了光纤的温度。

3.通过控制不同位置光纤的腐蚀或打磨时间，获得不同的表面粗糙度，避免包层光的集中泄露，获得均匀的剥离效果，从而使剥离器内部热量的分布比较均匀，进一步降低包层光剥离器的最高温度。

由于采用了以上技术方案，制作的包层光剥离器具有结构简单，剥离功率高，温度均匀性好，整体温度低，可靠性高的优点。

实施例2

一种光纤包层光剥离器，包括：剥离器外壳1、光纤通道2、光纤3。

剥离器外壳1由高导热率的金属或陶瓷材料制备，剥离器外壳1是一体成型的。剥离器外壳1的外部安装有5个由高导热率的金属或陶瓷材料制备的散热件11，散热件11呈翼型、螺旋形、树枝状。散热件11与空气接触的比表面积大，散热效果好。

光纤通道2位于剥离器外壳1内部，贯穿剥离器外壳1。光纤通道2包括4 个固定位21。

光纤3贯穿光纤通道2。光纤3包括光纤芯31和包覆于光纤芯31外的内包层32。内包层32通过剥除普通双包层光纤的外包层得到。光纤3通过固定位21固定于光纤通道2中。光纤3包括4段表面粗糙段33，表面粗糙段33任意位置的横截面与同一横截面处光纤通道2的横截面面积之比分别为0.04、0.02、 0.005、0.0025。表面粗糙部分通过打磨实现。光纤3与固定位21采用螺纹连接。

与表面粗糙段33同一横截面处的光纤通道2的内壁是粗糙的。光纤通道2 的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的3倍。

使用刀片或者化学溶剂将NUFERN LMA-GDF-20/400光纤中段的涂敷层剥除干净，露出裸光纤，剥除长度约100mm。将裸光纤分成4段用浓度为20～30％左右HF酸腐蚀处理，每段的长度分别为10mm，20mm，30mm，40mm，每段的腐蚀时间分别为2分钟，5分钟，10分钟，15分钟，腐蚀完毕后用大量清水冲洗，完成光纤3的制备。

将光纤3依次穿在包层光剥离器外壳1和剥离器堵块12的小孔内，并将剥离器堵块12塞在包层光剥离器外壳1一端。调整好光纤的位置后，将环氧树脂胶或紫外光固化通过注胶孔注入后，自然固化或紫外光固化完成封装。

本实施例完成的包层光剥离器的实测结果如下：

测试条件为：剥离器冷面温度20℃，注入双包层光纤的激光功率200W。

实测剥离率大于98％，剥离器最高温度50.3℃，温升系数0.152℃/W，剥离器两端光纤的温度不超过40℃。

实施例3

剥离器外壳1由高导热率的金属或陶瓷材料制备，剥离器外壳1是一体成型的。剥离器外壳1的外部安装有1个由高导热率的金属或陶瓷材料制备的散热件11，散热件11呈翼型、螺旋形、树枝状。散热件11与空气接触的比表面积大，散热效果好。

光纤通道2位于剥离器外壳1内部，贯穿剥离器外壳1。光纤通道2包括5 个固定位21。

光纤3贯穿光纤通道2。光纤3包括光纤芯31和包覆于光纤芯31外的内包层32。内包层32通过剥除普通双包层光纤的外包层得到。光纤3通过固定位21固定于光纤通道2中。光纤3包括4段表面粗糙段33，表面粗糙段33任意位置的横截面与同一横截面处光纤通道2的横截面面积之比分别为0.03、 0.015、0.005、0.0015。表面粗糙部分通过打磨实现。光纤3与固定位21采用胶水连接。

与表面粗糙段33同一横截面处的光纤通道2的内壁是粗糙的。光纤通道2 的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的7倍。

使用刀片或者化学溶剂将NUFERN LMA-GDF-20/400光纤中段的涂敷层剥除干净，露出裸光纤，剥除长度约100mm。将裸光纤分成5段用浓度为25％左右HF酸腐蚀处理，每段的长度分别为7mm、16mm、20mm、24mm、33mm，每段的腐蚀时间分别为2min、4.5min、7min、12min、19min。腐蚀完毕后用大量清水冲洗。完成光纤3的制备。

本实施例完成的包层光剥离器的实测结果如下：

实测剥离率大于98％，剥离器最高温度40.2℃，温升系数0.152℃/W，剥离器两端光纤的温度不超过30℃。

实施例4

本实施例完成的包层光剥离器的实测结果如下：

实测剥离率大于98％，剥离器最高温度42.2℃，温升系数0.152℃/W，剥离器两端光纤的温度不超过33℃。

应当理解，本文所述的示例性实施例是说明性的而非限制性的。尽管结合附图描述了本实用新型的一个或多个实施例，本领域普通技术人员应当理解，在不脱离通过所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节的改变。

Claims

1.一种光纤包层光剥离器，其特征在于，包括剥离器外壳(1)、光纤通道(2)以及贯穿所述光纤通道(2)的光纤(3)；所述光纤通道(2)位于所述剥离器外壳(1)内部并且贯穿所述剥离器外壳(1)，所述光纤通道(2)包括至少2个固定位(21)；所述光纤(3)通过所述固定位(21)固定于所述光纤通道(2)中；所述光纤(3)包括光纤芯(31)和包覆于所述光纤芯(31)外的内包层(32)；所述光纤(3)包括至少1段表面粗糙段(33)，所述表面粗糙段(33)任意位置的横截面与同一横截面处所述光纤通道(2)的横截面面积之比为0.0015-0.05。

2.根据权利要求1所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，与所述表面粗糙段(33)同一横截面处的所述光纤通道(2)的内壁是粗糙的。

3.根据权利要求2所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述光纤通道(2)的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的3-7倍。

4.根据权利要求3所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述光纤通道(2)的粗糙处内壁的比表面积是光滑处内壁比表面积的4.65倍。

5.根据权利要求2所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述剥离器外壳(1)的外部安装有至少1个散热件(11)，所述散热件(11)由高导热率的金属或陶瓷材料制备。

6.根据权利要求2所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述剥离器外壳(1)是一体成型的。

7.根据权利要求2所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述光纤(3)的表面粗糙部分通过打磨和/或化学刻蚀实现。

8.根据权利要求7所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述光纤(3)包括长度分别为10mm、20mm、30mm、40mm的4段表面粗糙段(33)，所述4段表面粗糙段通过浓度为20～30％的氢氟酸腐蚀处理得到，处理时间依次为2min、5min、10min、15min。

9.根据权利要求7所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述光纤(3)包括长度分别为7mm、16mm、20mm、24mm、33mm的5段表面粗糙段(33)，所述5段表面粗糙段通过浓度为25％的氢氟酸腐蚀处理得到，处理时间依次为2min、4.5min、7min、12min、19min。

10.根据权利要求2所述的光纤包层光剥离器，其特征在于，所述光纤(3)与所述固定位(21)采用螺纹连接或胶水连接。