光纤激光器的制作方法

本发明涉及光纤技术与激光技术领域，特别涉及一种光纤激光器。

背景技术：

高功率光纤激光器在光束质量、体积、重量、效率、散热等方面均具有明显优势，现已广泛应用于光纤通讯、激光空间远距离通讯、工业造船、汽车制造、激光切割、金属焊接、军事国防安全、生物医疗、大型基础建设等民用工业和军事领域，被称之为“第三代激光器”。尤其是在激光加工领域，受到越来越多的重视和研究。

高功率光纤激光器已经逐步取代传统的二氧化碳激光器和固体激光器，成为激光加工设备的最核心部件。光纤激光器可以广泛应用于金属加工领域的切割和焊接，例如航空航天，高铁，造船，汽车机器零部件等，它以其优越的光束质量，可实现精细结构和高速处理，可加工高反射或高传导系数材料，可实现长焦距下的远程加工，目前在钣金切割领域，光纤激光切割设备已经逐渐取代传统的钣金切割设备和冲床等机械加工设备。

然而，高功率单模光纤激光器的功率无法继续提升，其中一个重要原因就是：因为高功率运行时的散热问题，当输出功率进一步提升时，使用的传能和增益光纤的纤芯直径会随之增大，而光纤纤芯直径的增大会提高光纤的归一化频率V，进而增加了大模场直径光纤纤芯中所能存在的模式数量，即纤芯直径的增大会导致产生更多的高阶模式，无法维持单模运行。另一方面，在保持纤芯直径不变的情况下，增大输出功率，会产生散热问题和非线性效应。

因此，目前，千瓦级以上单模光纤激光器就面临进一步提升功率的同时保证单模运行的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种光纤激光器。

本发明实施方式的光纤激光器，包括：

光纤，所述光纤盘旋缠绕光纤盘以进行所述光纤激光器的制冷和选模；

多个泵浦LD，所述泵浦LD用于产生泵浦光；及

连接在所述泵浦LD后端的泵浦光隔离器，所述泵浦光隔离器用于隔离双向残余的所述泵浦光，保护所述泵浦LD不被反向未吸收的所述泵浦光打坏。

在某些实施方式中，所述光纤激光器还包括正向的泵浦光合束器和反向的泵浦光合束器、高反和低反的布拉格光栅对、包层光剥离器及输出端帽。

在某些实施方式中，所述光纤激光器采用大功率的所述泵浦LD阵列进行双向的泵浦耦合，所述大功率的范围为150～400W。

在某些实施方式中，所述光纤激光器采用多个小功率的所述泵浦LD经过多级合束后进行双向的泵浦耦合，所述小功率的范围为20～80W。

在某些实施方式中，所述光纤盘呈8字+跑道型，所述光纤盘包括设置在跑道内侧的两个输入端，所述泵浦光通过所述输入端从所述光纤的两端同时耦合进所述光纤。

在某些实施方式中，所述光纤盘采用导热金属材料。

在某些实施方式中，所述光纤盘包括以下制冷部件中的一种或多种：

制冷压片槽，所述制冷压片槽设置在所述光纤盘的正反向输入熔点处以进行散热，所述制冷压片槽采用铜金属材料；

弧形制冷压片，所述弧形压片设置在所述光纤盘的跑道的弯道处以进行制冷；

长条制冷压片，所述长条制冷压片设置在所述光纤盘的跑道的直道处以进行制冷。

在某些实施方式中，所述光纤盘包括底盘及设置在所述底盘上的载体，所述载体用于供所述光纤盘旋缠绕以使所述光纤缠绕的弯曲半径逐渐变大。

在某些实施方式中，所述底盘集成有用于制冷控温的水冷板。

在某些实施方式中，所述底盘的上表面形成有沟槽，所述沟槽用于固定所述光纤。

在某些实施方式中，所述沟槽的横截面为子弹头形状。

在某些实施方式中，所述光纤盘包括涂布在所述沟槽内的液态金属导热膏。

在某些实施方式中，所述光纤盘包括设置在所述光纤上表面的压力盖片及与所述压力盖片连接的弹簧，所述压力盖片用于调节将所述光纤抵压在所述沟槽里的压力的大小。

在某些实施方式中，所述压力盖片采用铜金属材料或铝金属材料。

本发明实施方式的光纤激光器将光纤盘绕在一个8字型光纤盘上进行光纤激光器的制冷和选模，以抑制非线性效应并剔除光纤在高功率下可能产生的高阶模式，同时采用泵浦光隔离器对泵浦LD进行反向光的保护，从而在保证泵浦LD安全的前提下实现双向泵浦的光纤激光器的高功率单模稳定运行。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的光纤激光器的结构示意图。

图2是本发明另一实施方式的光纤激光器的结构示意图。

图3是本发明实施方式的光纤盘的平面示意图。

图4是本发明实施方式的光纤盘的沟槽的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明实施方式的光纤激光器20包括光纤21、多个泵浦LD22及连接在泵浦LD22后端的泵浦光隔离器23。光纤21盘旋缠绕光纤盘10以进行光纤激光器20的制冷和选模。泵浦LD22用于产生泵浦光。泵浦光隔离器23用于隔离双向残余的泵浦光，保护泵浦LD22不被反向未吸收的泵浦光打坏。

本发明实施方式的光纤激光器20将光纤21缠绕在光纤盘10上进行光纤激光器20的制冷和选模，以抑制非线性效应并剔除光纤21在高功率下可能产生的高阶模式，同时采用泵浦光隔离器23对泵浦LD22进行反向光的保护，从而在保证泵浦LD22安全的前提下实现双向泵浦的光纤激光器20的高功率单模稳定运行。

泵浦LD22具有效率高，噪音低，频率稳定，寿命长，结构紧凑等诸多优点。在某些实施方式中，泵浦LD22包括带尾纤输出的锁波长泵浦LD22或非锁波长的泵浦LD22。泵浦LD22的中心波长包括976nm±3nm或915nm±3nm。

在某些实施方式中，光纤激光器20还包括正向的泵浦光合束器24和反向的泵浦光合束器24、高反和低反的布拉格光栅对、包层光剥离器26及输出端帽27。

具体地，泵浦LD22产生泵浦光，经过正向和反向的泵浦光隔离器23，泵浦光隔离器23用于隔离双向残余的泵浦光，保护泵浦LD22不被反向未吸收的泵浦光打坏。然后再通过泵浦光合束器24将泵浦光耦合进光纤21。在光纤21两端的分别连接有高反的布拉格光栅25和低反的布拉格光栅25，以形成光纤激光器20的谐振腔。谐振腔用于激发耦合了泵浦光的光纤21以产生大功率信号光。大功率信号光通过包层光剥离器26，包层光剥离器26将残余的泵浦光滤出以得到高光束质量的信号光，最后，高光束质量的信号光经由输出端帽27输出。

在某些实施方式中，光纤激光器20采用大功率的泵浦LD22阵列进行双向的泵浦耦合，大功率的范围为150～400W。

下面结合实例以对本发明实施方式的光纤激光器20的工作方式进行说明，请继续参阅图1，在双向泵浦的单纤单振的光纤激光器20的正向和反向均有六个250W的大功率泵浦LD22阵列经过正向和反向的泵浦光隔离器23后，分别通过一个正向(6+1)*1泵浦光合束器24和一个反向(6+1)*1泵浦光合束器24将泵浦光耦合进光纤21。光纤21两端分别连接有高反的布拉格光栅25和低反的布拉格光栅25，以形成光纤激光器20的谐振腔，谐振腔激发出的大功率信号光通过一个300W的包层光剥离器26后，残余泵浦光被滤出，高光束质量的信号光通过一个大功率QBH的输出端帽27输出。

如此，光纤激光器20可适用于不同数量的大功率的泵浦LD22的双向耦合，并输出高光束质量的信号光。

需要说明的是，上述对大功率的泵浦LD22阵列进行双向的泵浦耦合的具体描述，只是对本发明的光纤激光器20的实施方式的一个举例，不应理解为对本发明的限制。

在某些实施方式中，光纤激光器20采用多个小功率的泵浦LD22经过多级合束后进行双向的泵浦耦合，小功率的范围为20～80W。

下面结合实例以对本发明实施方式的光纤激光器20的工作方式进行说明，请参阅图2，在双向泵浦的单纤单振的光纤激光器20的正向和反向均有两组七个40W的小功率锁波长的泵浦LD22通过一个(6+1)*1泵浦光合束器24合束后得到一组功率为280W的泵浦LD22，正向和反向总共有12个这样合束而成的280W泵浦LD22经过正向和反向的泵浦光隔离器23后，再分别通过一个正向7*1泵浦光合束器24和一个反向(6+1)*1泵浦光合束器24将泵浦光耦合进光纤21。光纤21两端分别连接有高反的布拉格光栅25和低反的布拉格光栅25，以形成光纤激光器20的谐振腔，谐振腔激发出的大功率信号光通过一个300W的包层光剥离器26后，残余泵浦光被滤出，高光束质量的信号光通过一个大功率QBH的输出端帽27输出。

如此，光纤激光器20可适用于不同数量的小功率的泵浦LD22的双向耦合，并输出高光束质量的信号光。

需要说明的是，上述对多个小功率的泵浦LD22经过多级合束后进行双向的泵浦耦合的具体描述，只是对本发明的光纤激光器20的实施方式的一个举例，不应理解为对本发明的限制。

请参阅图3，在某些实施方式中，光纤盘10呈8字+跑道型，光纤盘10包括设置在跑道内侧的两个输入端11，泵浦光通过输入端11从光纤21的两端同时耦合进光纤21。

如此，泵浦光可通过8字+跑道型的光纤盘10的两个输入端11同时耦合进光纤21，实现了双向泵浦耦合并提高了耦合的效果。8字+跑道型的光纤盘10通过改变光纤21的弯曲半径剔除光纤21在高功率下产生的高阶模式，从而保证光纤21的单模运行。

具体地，跑道型可以为圆形或椭圆形。

在某些实施方式中，光纤盘10采用导热金属材料。

导热金属材料容易导热和散热，且原料易得，成本低廉。

当然，光纤盘10的材料并不限于上述实施方式，在其他实施方式中可以根据需要采用其他合适的材料。

在某些实施方式中，光纤盘10包括以下制冷部件中的一种或多种：

制冷压片槽17，制冷压片槽17设置在光纤盘10的正反向输入熔点处以进行散热，制冷压片槽17采用铜金属材料；

弧形制冷压片18，弧形压片18设置在光纤盘10的跑道的弯道处以进行制冷；

长条制冷压片19，长条制冷压片19设置在光纤盘10的跑道的直道处以进行制冷。

如此，可通过多种冷却方式保证光纤21的有效散热，从而实现光纤激光器20在高功率下的单模稳定运行。

在某些实施方式中，光纤盘10包括底盘及设置在底盘上的载体，载体用于供光纤21盘旋缠绕以使光纤21缠绕的弯曲半径逐渐变大。

本发明实施方式的光纤21的弯曲半径改变得越多，则模式损失越多，则损耗就越大。弯曲半径一定，越高阶的模式损耗越大,越低阶的模式损耗越小。但相同的弯曲半径下如果弯曲圈数不断增加，则可以泄漏的高阶模式会泄漏完毕，弯曲损耗将不再增加。

如此，改变光纤21的弯曲半径可以剔除光纤21在高功率下产生的高阶模式，从而保证光纤21的单模运行。

在某些实施方式中，底盘集成有用于制冷控温的水冷板。

如此，通过水冷板吸收光纤21产生的热量，从而可以调节光纤21的温度，进而抑制在高功率条件下光纤21的非线性效应。

请参阅图4，在某些实施方式中，底盘的上表面形成有沟槽12，沟槽12用于固定光纤21。

如此，沟槽12能够固定光纤21，并且光纤21与沟槽12更好地贴合，有利于光纤21将热量传给水冷板，从而可以达到散热的效果。

在某些实施方式中，沟槽12的横截面为子弹头形状。

如此，沟槽12更容易与光纤21相贴合，更有利于光纤21的散热。

当然，沟槽12的横截面形状并不限于上述的实施方式，在其他方式中可以根据实际需要采用其他的沟槽12的横截面形状。例如，沟槽12的横截面可以为U型、V型或W型。

在某些实施方式中，光纤盘10包括涂布在沟槽12内的液态金属导热膏13。

液态金属导热膏13是一种新型的导热材料，具有远高于传统硅油基硅脂的导热性能。同时，液态金属导热膏13不含有硅油等易挥发的物质、可靠性高、触变性好，可保证散热系统长期稳定安全运行。

当然，涂布在沟槽12内的导热材料并不限于上述实施方式，而可以在其他的实施方式中根据需要采用其他适合的导热材料。

在某些实施方式中，光纤盘10包括设置在光纤21上表面的压力盖片14及与压力盖片14连接的弹簧15，压力盖片14用于调节将光纤21抵压在沟槽12里的压力的大小。

如此，压力盖片14对光纤21的不同位置施加不同的压力，从而对光纤21产生不同的应力大小，这些不同的应力大小可以展宽光纤21中受激布里渊散射的增益带宽，进而可以有效地抑制在大功率下光纤21的非线性效应。

当然，压力盖片14并不限于上述的实施方式，在其他方式中可以根据需要采用其他合适的压力盖片14。

在某些实施方式中，压力盖片14采用铜金属材料或铝金属材料。

铜金属材料和铝金属材料容易导热，抗氧化能力强，不容易生锈，并且原料易得，成本低廉。

当然，压力盖片14并不限于上述的实施方式，在其他的实施方式中可以根据需要采用合适的材料。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，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实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电连接或可以相互通讯；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发明的实施方式中的具体含义。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。