CN214379238U - 一种光纤冷却板和光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光纤冷却板和光纤激光器。其中所述光纤冷却板上设置有环状跑道，所述环状跑道上设置有串行的光纤放置槽，所述光纤放置槽用于盘绕并容纳所述光纤，所述环状跑道由多个圆弧段拼接形成，其中所述多个圆弧段中的上圆弧段和下圆弧段的圆心在所述环状跑道的对称轴线上，所述上圆弧段和所述下圆弧段弯曲的方向相同，且各对称侧的所述上圆弧段和所述下圆弧段之间至少设置有两个圆弧段。上述技术方案能够有效提高增益光纤的有效吸收，提高大模场面积增益光纤中的模式不稳定阈值功率，最终获得高功率的激光输出。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤激光器技术领域，特别涉及一种光纤冷却板和光纤激光器。
背景技术
在高功率光纤激光器中，通常使用大模场面积光纤技术，增大纤芯直径，提高光纤的有效吸收，提高非线性效应的阈值功率，从而在单根光纤中实现数千瓦的激光功率输出。
对于技术成熟、最常用的圆形结构阶跃光纤、增益光纤的内包层通常设计为多边形结构，比如八边形结构。这种多边形结构在实际的拉丝过程中，多边形的顶角会出现钝化，导致泵浦光在包层中传输时，还是会存在较多的螺旋光，该部分光不经过纤芯，而无法被纤芯中的增益介质有效吸收，从而使激光器的效率变低。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型公开了一种光纤冷却板和光纤激光器，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型一方面提供了一种光纤冷却板，所述光纤冷却板上设置有环状跑道，所述环状跑道上设置有串行的光纤放置槽，所述光纤放置槽用于盘绕并容纳所述光纤，所述环状跑道由多个圆弧段拼接形成，其中所述多个圆弧段中的上圆弧段和下圆弧段的圆心在所述环状跑道的对称轴线上，所述上圆弧段和所述下圆弧段弯曲的方向相同，且各对称侧的所述上圆弧段和所述下圆弧段之间至少设置有两个圆弧段。
可选的，各对称侧的所述上圆弧段和所述下圆弧段之间包括两个圆弧段，其中与所述上圆弧段连接的第一圆弧段的圆心在所述环状跑道的外侧，与所述下圆弧段连接的第二圆弧段的圆心在所述环状跑道的内侧，且所述第一圆弧段的长度小于所述第二圆弧段的长度。
可选的，所述第二圆弧段的半径小于所述第一圆弧段的半径，所述第二圆弧段的半径取值范围为40-150mm。
可选的，所述上圆弧段的长度大于所述下圆弧段的长度。
可选的，所述上圆弧段相对于其圆心的角度大于180度。
可选的，所述多个圆弧段之间的拼接处为平滑过渡。
可选的，所述光纤放置槽的截面为U形或V形。
可选的，所述光纤冷却板内部设置有冷却水道。
可选的，所述光纤冷却板上设置有所述环状跑道的一侧上设置有盖板。
本实用新型另一方面提供了一种光纤激光器，所述光纤激光器包括根据上述任一项所述的光纤冷却板。
本实用新型的优点及有益效果是：
上述技术方案中光纤的盘绕方式能够将包层中传输的、不经过纤芯的螺旋光改变方向，使其传输路径穿过纤芯，从而增加光纤的有效包层光吸收，提高激光器的光光效率和电光效率以及输出功率。
进一步的，合理的弯曲半径设计，能够利用高阶模式较大的弯曲损耗实现分布式模式滤除，提高大模场面积光纤中输出激光的光束质量。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实用新型的一个实施例中光纤冷却板环状跑道的结构示意图；
图2为图1中环状跑道的半径以及出线设计示意图
图中：1为上圆弧段，2为下圆弧段，3为第一圆弧段，4为第二圆弧段。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅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。
应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者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产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。
本实用新型的一个实施例首先公开了一种光纤冷却板，结合图1-2所示，该光纤冷却板上设置有环状跑道，所述环状跑道上设置有串行的光纤放置槽，且在环状跑道的某一侧的截面上，该光纤放置槽表现为一个或多个，且并行放置，其结构参见图1所示。
所述光纤放置槽用于盘绕并容纳所述光纤，所述环状跑道由多个圆弧段拼接形成，优选的，所述环状跑道可呈左右对称结构，该对称结构是指左右对应圆弧段个数和形状相对应，各对应圆弧段的长度可以相同也可以不同。
其中，所述多个圆弧段中的上圆弧段1和下圆弧段2的圆心在所述环状跑道的对称轴线上，图1中所述上圆弧段1和所述下圆弧段2的弯曲方向相同，均是向下弯曲，且各对称侧的所述上圆弧段和所述下圆弧段之间至少设置有两个圆弧段，可以是三条或者四条，优选的是，各圆弧段的拼接处要求避免突然的转折。
通过上述光纤冷却板上的光纤盘绕结构，实现各圆弧段之间弯曲方向变化多样化，在光纤上增加多个方向的扭转应力，从而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，提高激光器的光光效率和电光效率。
在一个或一些实施例中，结合图1示，各对称侧的所述上圆弧段和所述下圆弧段之间包括两个圆弧段，其中与所述上圆弧段连接的第一圆弧段3的圆心在所述环状跑道的外侧，与所述下圆弧段连接的第二圆弧段4的圆心在所述环状跑道的内侧，且所述第一圆弧段的长度小于所述第二圆弧段的长度。所述第二圆弧段的半径R1的取值范围为40-150mm。
另外，继续参考图2可知，在上述的环状跑道的设计中，光纤激光器的泵浦功率可以从跑道外部，半径为R4的圆弧段的上端注入，如图2中右侧的引入线，剩余未被吸收完全的泵浦光从上圆弧段的左端输出，见图2中环形跑道的中间位置的引出线。
当然泵浦光也可以在跑道内侧注入，也可以分别在跑道的内侧和外侧同时注入。
根据该实施例的环状跑道，整体呈品字形，弯曲变形合理，弯曲半径选取适当，能够利用高阶模式较大的弯曲损耗实现分布式模式滤除，获得了预料不到的大模场面积光纤中输出激光的光束质量上的提升。
在一个或一些实施例中，所述上圆弧段1的长度大于所述下圆弧段2的长度；并且，所述上圆弧段相对于其圆心的角度大于180度，优选大于200度。
在一个或一些实施例中，所述多个圆弧段之间的拼接处为平滑过渡，比如，两段圆弧段在拼接处的切线相同或相近。
在一个或一些实施例中，环状跑道内各所述光纤放置槽的截面为U形或V形，并且光纤放置槽的深度大于光纤的直径，光纤盘绕在上述光纤放置槽内时不会露出槽外，从而提高冷却的效率。
在一个或一些实施例中，所述光纤冷却板可以为一层板，也可以是多个板的叠加，并且板内设置有冷却水道，从而实现对光纤的冷却。
在一个或一些实施例中，所述光纤冷却板上设置有所述环状跑道的一侧上设置有盖板，利用该盖板将光纤密封在所述光纤放置槽内，进一步提高冷却的效率，减少各光纤放置槽之间的干涉。
综上，本实施例中的环状跑道由多个不同曲率半径的圆弧构成密闭结构的光纤排布结构，排布形状近似为品字形排布；这种排布结构的6种不同曲率半径中，可以有部分的曲率半径相同；根据增益光纤参数的选择，曲率半径R1和R2的范围选择为40mm-150mm，通过较小的曲率半径，实现增益光纤的有效弯曲滤模。通过曲率半径R3、R4、R5和R6的圆弧段，实现R1和R2两端圆弧的封闭设计。
本实用新型另一方面提供了一种光纤激光器，所述光纤激光器包括增益光纤，并且所述增益光纤盘绕设置在根据上述任一项所述的光纤冷却板上。
以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光纤冷却板，其特征在于，所述光纤冷却板上设置有环状跑道，所述环状跑道上设置有串行的光纤放置槽，所述光纤放置槽用于盘绕并容纳所述光纤，所述环状跑道由多个圆弧段拼接形成，其中所述多个圆弧段中的上圆弧段和下圆弧段的圆心在所述环状跑道的对称轴线上，所述上圆弧段和所述下圆弧段弯曲的方向相同，且各对称侧的所述上圆弧段和所述下圆弧段之间至少设置有两个圆弧段。
2.根据权利要求1所述的光纤冷却板，其特征在于，各对称侧的所述上圆弧段和所述下圆弧段之间包括两个圆弧段，其中与所述上圆弧段连接的第一圆弧段的圆心在所述环状跑道的外侧，与所述下圆弧段连接的第二圆弧段的圆心在所述环状跑道的内侧，且所述第一圆弧段的长度小于所述第二圆弧段的长度。
3.根据权利要求2所述的光纤冷却板，其特征在于，所述第二圆弧段的半径小于所述第一圆弧段的半径，所述第二圆弧段的半径取值范围为40-150mm。
4.根据权利要求1所述的光纤冷却板，其特征在于，所述上圆弧段的长度大于所述下圆弧段的长度。
5.根据权利要求4所述的光纤冷却板，其特征在于，所述上圆弧段相对于其圆心的角度大于180度。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光纤冷却板，其特征在于，所述多个圆弧段之间的拼接处为平滑过渡。
7.根据权利要求6所述的光纤冷却板，其特征在于，所述光纤放置槽的截面为U形或V形。
8.根据权利要求1所述的光纤冷却板，其特征在于，所述光纤冷却板内部设置有冷却水道。
9.根据权利要求8所述的光纤冷却板，其特征在于，所述光纤冷却板上设置有所述环状跑道的一侧上设置有盖板。
10.一种光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器包括根据权利要求1-9任一项所述的光纤冷却板。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202120535417.3U CN214379238U (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种光纤冷却板和光纤激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202120535417.3U CN214379238U (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种光纤冷却板和光纤激光器 |
Publications (1)
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| CN214379238U true CN214379238U (zh) | 2021-10-08 |
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ID=77971136
Family Applications (1)
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| CN202120535417.3U Active CN214379238U (zh) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | 一种光纤冷却板和光纤激光器 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN214379238U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115995748A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-04-21 | 北京凯普林光电科技股份有限公司 | 一种光纤盘 |
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2021
- 2021-03-15 CN CN202120535417.3U patent/CN214379238U/zh active Active
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