一种应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置的制作方法

本发明属于光纤及激光技术领域，特别是涉及一种应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置。

背景技术：

光纤激光器是以光纤作为增益介质及传光设备的激光器。作为备受关注的新一代激光器，得益于增益光纤的高掺杂、高转换效率、优越的波导结构，光纤激光器具有高输出功率、高转换效率、低能耗、高光束质量等优点。但同时，高输出功率也产生了更高的热量。虽然高功率光纤激光器中所使用的光纤一般具有较长的长度，从一定程度上增大了散热面积，但由于光纤本身为极细的纤维结构，散热面积较小，因此，必须为光纤提供热沉以增大光纤、特别是发热量较大的增益光纤的散热面积。为了保证激光器的性能，原则上讲，大功率光纤激光器中的每一段光纤均应该紧附在热沉上。

光纤激光器优越的光束质量除了得益于光纤本身优越的波导结构之外，还取决于光纤盘绕直径。在一定范围内，存在一个最小的盘绕直径，既能避免弯曲损耗，还能有效滤除高阶模，最大程度优化光束质量。同时，最小光纤盘绕直径能有效提高光纤的泵浦利用率，进而提高光纤激光器效率，减小功耗。目前传统的光纤盘绕方式分为两种：

(1)平面盘绕，即所有的光纤均在同一平面内，但这样光纤盘绕直径必然会随着盘绕圈由内而外逐渐变大，由此偏离最佳盘绕直径；

(2)螺旋盘绕，即在一个圆柱体热沉上进行光纤盘绕，可以保证光纤盘绕直径基本不变。但螺旋结构增加了操作的复杂性，所附加的应力有可能使光纤与圆柱体热沉之间产生间隙，不利于热传导，同时带来光纤断裂的风险；

由此可见，上述两种盘绕方式均存在结构上的劣势，都无法确保光纤的快、慢轴的高阶模式分量被有效滤除，从而限制了光束质量的进一步提高。

由于大功率光纤激光器是一个比较复杂的系统，其结构上很难保证所有光纤在同一平面上盘绕。大功率光纤激光器系统经常由层叠结构的光纤模块组成，不同层的光纤模块之间需要通过传导光纤连接。由于传导光纤传输功率较高，极易产热，因此需要进行有效的散热。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够有效优化大功率光纤激光器性能的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置。

为了达到上述目的，本发明提供的用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置包括至少两块结构相同且呈直角设置的第一光纤设置板和第二光纤设置板，其中第一光纤设置板为垂直设置的矩形板，前表面上形成有一个光纤设置槽，或前后表面均形成有一个形状相同且位置完全对应的第一光纤设置槽；第二光纤设置板为水平设置的矩形板，上表面上形成有一个第二光纤设置槽，或上下表面上均形成有一个形状相同且位置完全对应的第二光纤设置槽，而且第一光纤设置板上设有第一走纤孔，第二光纤设置板上设有第二走纤孔；所述的第一光纤设置槽由依次首尾相接的长直线段、弧线段和短直线段构成，其中长直线段位于第一光纤设置板的一侧且与第一光纤设置板的底边垂直相交；短直线段以与第一光纤设置板的底边平行且邻近的方式设置在第一光纤设置板的另一侧；弧线段位于第一光纤设置板的表面中部；第二光纤设置槽与第一光纤设置槽结构相同，由依次首尾相接的长直线段、弧线段和短直线段构成；其中长直线段位于第二光纤设置板的一侧且与第二光纤设置板的后端边缘垂直相交；短直线段以与第二光纤设置板的后端边缘平行且邻近的方式设置在第二光纤设置板的另一侧；弧线段位于第二光纤设置板的表面中部；第一走纤孔设置在位于短直线段外侧的部位，是从第一光纤设置板的底边向内凹陷而形成；第二走纤孔设置在位于短直线段外侧的部位，是从第二光纤设置板的后端边缘向内凹陷而形成，并且第一走纤孔与第二光纤设置板上长直线段的位置相对应，第二走纤孔与第一光纤设置板上长直线段的位置相对应。

所述的第一光纤设置板和第二光纤设置板或为金属板，或为内部带有水循环通道的水冷金属板。

所述的第一光纤设置板和第二光纤设置板通过粘合或铆接方式组合在一起，或为一块板上互相垂直的两部分。

所述的第一光纤设置槽和第二光纤设置槽与设置在其内的光纤之间填充有导热胶，以增强导热功能。

所述的第一光纤设置板上的弧线段和第二光纤设置板上的弧线段为圆弧形或椭圆弧形。

本发明提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置可实现三维空间中光纤盘绕方向及盘绕平面的转变，同时又可避免光纤交叉，且使每一段光纤都能够紧贴于光纤设置板的光纤设置槽中，从而得到良好散热。另外，本装置一方面能够保证光纤的有效制冷及合理地弯曲布局，可有效避免光纤的热损伤及应力损伤，另一方面可以巧妙地将光纤盘绕于两个垂直面上，可有效滤除光纤中的高阶模式，从而提高大功率光纤激光器的光束质量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置结构立体图；

图2是图1中第一光纤设置板结构俯视图。

图3是图1中第二光纤设置板结构俯视图。

图4是本发明实施例二提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置结构立体图；

图5是图4示出的光纤盘绕装置水平方向旋转180°后结构立体图；

图6是本发明实施例三提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置结构立体图；

图7是图6示出的光纤盘绕装置垂直方向旋转180°后结构立体图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置进行详细说明。相同的结构采用相同的附图标号。

实施例一：

如图1—图3所示，本实施例提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置包括两块结构相同且呈直角设置的第一光纤设置板1和第二光纤设置板2，其中第一光纤设置板1为垂直设置的矩形板，前表面上形成有一个光纤设置槽11，或前后表面均形成有一个形状相同且位置完全对应的第一光纤设置槽11；第二光纤设置板2为水平设置的矩形板，上表面上形成有一个第二光纤设置槽21，或上下表面上均形成有一个形状相同且位置完全对应的第二光纤设置槽21，而且第一光纤设置板1上设有第一走纤孔15，第二光纤设置板2上设有第二走纤孔25；所述的第一光纤设置槽11由依次首尾相接的长直线段12、弧线段13和短直线段14构成，其中长直线段12位于第一光纤设置板1的一侧且与第一光纤设置板1的底边垂直相交；短直线段14以与第一光纤设置板1的底边平行且邻近的方式设置在第一光纤设置板1的另一侧；弧线段13位于第一光纤设置板1的表面中部；第二光纤设置槽21与第一光纤设置槽11结构相同，由依次首尾相接的长直线段22、弧线段23和短直线段24构成；其中长直线段22位于第二光纤设置板2的一侧且与第二光纤设置板2的后端边缘垂直相交；短直线段24以与第二光纤设置板2的后端边缘平行且邻近的方式设置在第二光纤设置板2的另一侧；弧线段23位于第二光纤设置板2的表面中部；第一走纤孔15设置在位于短直线段14外侧的部位，是从第一光纤设置板1的底边向内凹陷而形成；第二走纤孔25设置在位于短直线段24外侧的部位，是从第二光纤设置板2的后端边缘向内凹陷而形成，并且第一走纤孔15与第二光纤设置板2上长直线段22的位置相对应，第二走纤孔25与第一光纤设置板1上长直线段12的位置相对应。

所述的第一光纤设置板1和第二光纤设置板2或为金属板，或为内部带有水循环通道的水冷金属板，以利于光纤散热。

所述的第一光纤设置板1和第二光纤设置板2通过粘合或铆接方式组合在一起，或为一块板上互相垂直的两部分。

所述的第一光纤设置板1上的弧线段13和第二光纤设置板2上的弧线段23为圆弧形或椭圆弧形。

现将利用本实施例提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置盘绕光纤的方法阐述如下：

首先将光纤从第一光纤设置板1上的第一走纤孔15向前引入第二光纤设置板2上第二光纤设置槽21的长直线段22内，然后在弧线段23中盘绕后经由短直线段24以及第二光纤设置板2上的短直线段14进入弧线段13，之后从长直线段12经第二光纤设置板2上的第二走纤孔25向下穿出。由于短直线段14与第一光纤设置板1的底边邻近，同时短直线段24与第二光纤设置板2的后端边缘邻近，因此第一光纤设置板1上的短直线段14与第二光纤设置板2上的短直线段24十分接近，所以光纤几乎是同时经过这两个短直线段。即光纤在本光纤盘绕装置上是先在第二光纤设置板2上进行水平方向的盘绕，然后变换盘绕方向后再在第一光纤设置板1上进行垂直方向的盘绕。可在光纤设置槽与光纤之间填充导热胶，以增强导热功能。

本实施例所述的装置仅为本发明的基本装置，经由本实施例扩展、组合所得的装置，可在大功率光纤激光器系统中实现多种重要功能，下面将在实施例二、实施例三中进行具体说明。

实施例二：

首先定义：图4中垂直设置的光纤设置板的前端面为前表面，后端面为后表面，图5中定义相反；图4、5中水平设置的光纤设置板的表面为上表面，底面为下表面。

如图4—图5所示，本实施例提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置包括呈十字设置的第一光纤设置板1至第四光纤设置板4；其中第一光纤设置板1与第三光纤设置板3上下垂直设置，并且第一光纤设置板1与第三光纤设置板3的结构对称；第二光纤设置板2与第四光纤设置板4前后水平设置，并且第四光纤设置板4上表面上只设置两条直线形光纤设置槽41，42，其中直线形光纤设置槽41与第一光纤设置板1上的走纤孔15直对，第四光纤设置板4下表面上的光纤设置槽与其它光纤设置板上的光纤设置槽结构相同。

现将利用本实施例提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置盘绕光纤的方法阐述如下：

光纤首先经第四光纤设置板4上的直线形光纤设置槽41经第一光纤设置板1上的走纤孔15进入第二光纤设置板2的上表面，在第二光纤设置板2上表面上的光纤设置槽21和第一光纤设置板1前表面上的光纤设置槽11内依次进行如实施例一中所述的盘绕，然后光纤经第二光纤设置板2上的走纤孔25进入第三光纤设置板3的前表面，之后在第三光纤设置板3前表面上的光纤设置槽31和第二光纤设置板2下表面上的光纤设置槽内依次进行如实施例一中所述的盘绕，然后光纤经第三光纤设置板3上的走纤孔进入第四光纤设置板4的下表面，再在第四光纤设置板4下表面上的光纤设置槽和第三光纤设置板3后表面上的光纤设置槽31依次进行如实施例一中所述的盘绕，之后光纤经第四光纤设置板4上的走纤孔45进入第一光纤设置板1的后表面，在第一光纤设置板1后表面上的光纤设置槽11内进行如实施例一中所述的盘绕，最后经第四光纤设置板4上的直线形光纤设置槽42引出装置。

本实施例所述的装置可使大功率光纤激光器中光纤快轴、慢轴的高阶模式均得到充分的滤除，最大限度地优化光束质量，同时保证光纤的散热。另外，本实施例所述的装置可以作为一个模块，灵活地集成到大功率光纤激光器的光纤链路中。例如对需要进行滤模处理的光纤进行盘绕，而剩余光纤的盘绕则可集中盘绕在图4中第四光纤设置板4的上表面。

实施例三：

首先定义：图6、7中垂直设置的光纤设置板的前端面为前表面，后端面为后表面；图6中水平设置的光纤设置板的表面为上表面，底面为下表面，图7中定义相反。

如图6、图7所示，本实施例提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置包括第一光纤设置板1至第七光纤设置板7；其中第二光纤设置板2与第六光纤设置板6设置在同一水平面内；第四光纤设置板4与第七光纤设置板7设置在同一水平面内，并且第四光纤设置板4和第七光纤设置板7分别位于第二光纤设置板2与第六光纤设置板6的正下方；第一光纤设置板1、第三光纤设置板3和第五光纤设置板5从上至下首尾依次相接，并且第三光纤设置板3的前后表面上只设置直线形光纤设置槽36，直线形光纤设置槽36的上下端分别与水平设置的光纤设置板上的走纤孔直对，同时第六光纤设置板6的上表面上也设置直线形光纤设置槽，该直线形光纤设置槽与第一光纤设置板1上的走纤孔15直对；第七光纤设置板7也设置有直线形光纤设置槽76。

现将利用本实施例提供的应用于大功率光纤激光器的光纤盘绕装置盘绕光纤的方法阐述如下：

光纤首先经图中未显示的第六光纤设置板6上表面上的直线形光纤设置槽通过位于第一光纤设置板1上的走纤孔15在第二光纤设置板2上表面上的光纤设置槽21和第一光纤设置板1前表面上的光纤设置槽11内依次进行如实施例一中所述的盘绕，由此对光纤盘绕方向进行“调制”；然后经位于第二光纤设置板2上的走纤孔25进入第三光纤设置板5前表面的直线形光纤设置槽36直行，之后通过位于第四光纤设置板4上的走纤孔15进入第五光纤设置板5，然后在第五光纤设置板5的前表面和第四光纤设置板4的下表面进行如实施例一中所述的盘绕，由此对光纤盘绕方向进行“解调制”，之后从位于第五光纤设置板5上的走纤孔55，经第七光纤设置板7下表面的直线形光纤设置槽76向外引出。这样，光纤盘绕平面在垂直方向上被成功地进行了平移，而中间部位的光纤又全部置于光纤设置板上的光纤设置槽内，保证了光纤的散热及固定。另外，可将两个层叠结构的光纤模块分别设置在第六光纤设置板6的上表面和第七光纤设置板7的下表面，并可通过调节第三光纤设置板3的垂直高度对任意垂直间距的两个层叠排列的光纤模块进行上述操作。

以上实施例只是基于本发明的某两个具体应用方案，并不是对本发明技术方案的限制，所有基于所本发明提及的装置所进行的变形、组合及应用拓展，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。