一种光纤盘绕方法及光纤激光器和光纤放大器与流程

本发明涉及光纤技术领域，特别涉及一种光纤盘绕方法及光纤激光器和光纤放大器。

背景技术：

近年来，得益于光纤及光纤无源器件制作水平的提高，高功率的光纤激光器和光纤放大器取得了长足的发展，其单纤输出功率从数十瓦发展到数百瓦甚至到近万瓦。在光纤及光纤无源器件制作水平提高的同时，光纤在光纤盘中的盘绕技术却成为了制约光纤激光器和光纤放大器进一步发展的短板之一。传统的光纤盘绕技术为整根光纤从内圈向外圈一圈圈盘绕在光纤盘内，内圈的光纤端头必须翘起来以连接其他元器件，业内技术人员将内圈光纤端头翘起以相连其他元器件称为飞纤，然而光纤飞纤会导致翘起部分的光纤无法固定，无法冷却，影响系统稳定，制约光纤激光器和光纤放大器功率的进一步提升。并且传统的光纤盘绕技术中，随着光纤盘绕半径的增加，光纤中会产生高阶模，影响光束质量。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种光纤盘绕方法，运用所述光纤盘绕方法能避免传统盘绕方法所必然导致的光纤飞纤问题，同时能降低光纤中高阶模的产生，提高光束质量。

为了实现上述目的，本发明提供以下第一技术方案：一种光纤盘绕方法，具体包括：

(1)根据光纤直径确定光纤盘绕的最小半径，根据对光束质量高低的要求确定光纤盘绕的最大半径；

(2)从一根光纤的第一端开始将光纤由外圈向内圈顺时针盘绕，盘绕至这根光纤的第一处时停止顺时针盘绕，形成从外至内顺时针盘绕的第1圈、第2圈...第n圈光纤圈；接着从光纤的第一处开始将光纤由内圈向外圈逆时针盘绕，形成从内至外逆时针盘绕的第n′圈...第2′圈、第1′圈光纤圈，且第m′圈光纤圈位于第m+1圈光纤圈与第m圈光纤圈之间，光纤的第二处从第1圈光纤圈和第2圈光纤圈之间绕出，m和m+1为[1,n]区间中的整数；所述共2n个同心光纤圈形成第一光纤盘，第一光纤盘中的最小光纤圈为第n′圈光纤圈，第n′圈光纤圈的半径大于等于步骤(1)确定的光纤盘绕的最小半径；第一光纤盘中的最大光纤圈为第1圈光纤圈，第1圈光纤圈的半径小于等于步骤(1)确定的光纤盘绕的最大半径；

(3)从这根光纤的第二处开始按照步骤(2)所述方法盘绕光纤，形成第二光纤盘；从这根光纤的第四处开始按照步骤(2)所述方法盘绕光纤，形成第三光纤盘...直至这根光纤的第二端从第1圈光纤圈和第2圈光纤圈之间绕出，即完成光纤盘绕；

上述三个步骤中，其中步骤(2)还可以为：

从一根光纤的第一端开始将光纤由外圈向内圈逆时针盘绕，盘绕至这根光纤的第一处时停止逆时针盘绕，形成从外至内逆时针盘绕的第1圈、第2圈...第n圈光纤圈；接着从光纤的第一处开始将光纤由内圈向外圈顺时针盘绕，形成从内至外顺时针盘绕的第n′圈...第2′圈、第1′圈光纤圈，且第m′圈光纤圈位于第m+1圈光纤圈与第m圈光纤圈之间，光纤的第二处从第1圈光纤圈和第2圈光纤圈之间绕出，m和m+1为[1,n]区间中的整数；所述共2n个同心光纤圈形成第一光纤盘，第一光纤盘中的最小光纤圈为第n′圈光纤圈，第n′圈光纤圈的半径大于等于步骤(1)确定的光纤盘绕的最小半径；第一光纤盘中的最大光纤圈为第1圈光纤圈，第1圈光纤圈的半径小于等于步骤(1)确定的光纤盘绕的最大半径。

上述第一技术方案中，通过限制光纤圈的最小弯曲半径，可以减轻激光在光纤中的宏弯损耗；通过限制光纤圈的最大弯曲半径，可以降低光纤中高阶模的产生，提高光束质量。上述第一技术方案中，光纤的第二端能从多个光纤圈的内圈中绕出，使得光纤两端均位于多个光纤圈之外，光纤两端连接其他元器件时不必向上翘起，进而解决了传统盘绕方法所必然导致的光纤飞纤问题。

基于上述第一技术方案，本发明提供第一种可实施方式：所述根据光纤直径确定光纤盘绕的最小半径，具体为：对于短期应用的光纤，光纤盘绕的最小半径等于光纤包层直径的100倍；对于长期应用的光纤，光纤盘绕的最小半径等于光纤包层直径的150倍。

基于上述第一技术方案，本发明提供第二种可实施方式：所述根据对光束质量高低的要求确定光纤盘绕的最大半径，具体为：通过试验和比较光纤在不同弯曲半径状态下的光束传导质量，确定在满足光束质量的情况时，能允许的最大光纤弯曲半径，即为光纤盘绕的最大半径。

本发明的第二个目的在于提供一种光纤激光器，包括第一光纤和用于盘绕并冷却第一光纤的第一冷却盘；所述第一光纤按照第一技术方案任一所述的光纤盘绕方法盘绕于第一冷却盘中。

进一步地，所述光纤激光器还包括第一光无源器件，所述第一光纤的两端从第一冷却盘中平行于第一冷却盘探出，第一光纤的两端均连接有所述第一光无源器件。

本发明的第三个目的在于提供一种光纤放大器，包括第二光纤和用于盘绕并冷却第二光纤的第二冷却盘；所述第二光纤按照第一技术方案任一所述的光纤盘绕方法盘绕于第二冷却盘中。

进一步地，所述光纤放大器还包括第二光无源器件，所述第二光纤的两端从第二冷却盘中平行于第二冷却盘探出，第二光纤的两端均连接有所述第二光无源器件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过限制光纤圈的最小弯曲半径，可以减轻激光在光纤中的宏弯损耗；通过限制光纤圈的最大弯曲半径，可以降低光纤中高阶模的产生，提高光束质量。本发明中光纤的第二端能从多个光纤圈的内圈中绕出，使得光纤两端均位于多个光纤圈之外，光纤两端连接其他元器件时不必向上翘起，进而解决了传统盘绕方法所必然导致的光纤飞纤问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。

图1所示为本发明所提供的光纤盘绕方法的示意图。

图2所示为本发明所提供的光纤激光器的结构示意图。

图3所示为本发明所提供的光纤放大器的结构示意图。

图中标号说明：

11-第一光纤；12-第一冷却盘；13-第一光无源器件；21-第二光纤；22-第二冷却盘；23-第二光无源器件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一：

请参阅图1，本实施例的目的在于解决现有光纤盘绕技术中所存在的光纤飞纤问题和产生高阶模的问题，基于上述目的，本实施例提供了一种光纤盘绕方法，具体包括：

第一步：根据光纤直径确定光纤盘绕的最小半径，根据对光束质量高低的要求确定光纤盘绕的最大半径。

第一步中所述“根据光纤直径确定光纤盘绕的最小半径”，可根据光纤的包层直径，由经验法则所确定，即对于短期应用的光纤，光纤盘绕的最小半径等于光纤包层直径的100倍；对于长期应用的光纤，光纤盘绕的最小半径等于光纤包层直径的150倍。

第一步中所述“根据对光束质量高低的要求确定光纤盘绕的最大半径”，具体的实现方法可以是：通过试验和比较光纤在不同弯曲半径状态下的光束传导质量，确定在满足光束质量的情况时，能允许的最大光纤弯曲半径，即为光纤盘绕的最大半径。

第二步：从一根光纤的第一端开始将光纤由外圈向内圈顺时针盘绕，盘绕至这根光纤的第一处时停止顺时针盘绕，形成从外至内顺时针盘绕的第1圈、第2圈...第n圈光纤圈；接着从光纤的第一处开始将光纤由内圈向外圈逆时针盘绕，形成从内至外逆时针盘绕的第n′圈...第2′圈、第1′圈光纤圈，且第m′圈光纤圈位于第m+1圈光纤圈与第m圈光纤圈之间，光纤的第二处从第1圈光纤圈和第2圈光纤圈之间绕出，m和m+1为[1,n]区间中的整数；所述共2n个同心光纤圈形成第一光纤盘，第一光纤盘中的最小光纤圈为第n′圈光纤圈，第n′圈光纤圈的半径大于等于第一步确定的光纤盘绕的最小半径；第一光纤盘中的最大光纤圈为第1圈光纤圈，第1圈光纤圈的半径小于等于第一步确定的光纤盘绕的最大半径；或者，

从一根光纤的第一端开始将光纤由外圈向内圈逆时针盘绕，盘绕至这根光纤的第一处时停止逆时针盘绕，形成从外至内逆时针盘绕的第1圈、第2圈...第n圈光纤圈；接着从光纤的第一处开始将光纤由内圈向外圈顺时针盘绕，形成从内至外顺时针盘绕的第n′圈...第2′圈、第1′圈光纤圈，且第m′圈光纤圈位于第m+1圈光纤圈与第m圈光纤圈之间，光纤的第二处从第1圈光纤圈和第2圈光纤圈之间绕出，m和m+1为[1,n]区间中的整数；所述共2n个同心光纤圈形成第一光纤盘，第一光纤盘中的最小光纤圈为第n′圈光纤圈，第n′圈光纤圈的半径大于等于第一步确定的光纤盘绕的最小半径；第一光纤盘中的最大光纤圈为第1圈光纤圈，第1圈光纤圈的半径小于等于第一步确定的光纤盘绕的最大半径。

第三步：从这根光纤的第二处开始按照第二步所述方法盘绕光纤，形成第二光纤盘；从这根光纤的第四处开始按照第二步所述方法盘绕光纤，形成第三光纤盘...直至这根光纤的第二端从第1圈光纤圈和第2圈光纤圈之间绕出，即完成光纤盘绕。

上述方法通过限制光纤圈的最小弯曲半径，可以减轻激光在光纤中的宏弯损耗；通过限制光纤圈的最大弯曲半径，可以降低光纤中高阶模的产生，提高光束质量。上述方法中光纤的第二端能从多个光纤圈的内圈中绕出，使得光纤两端均位于多个光纤圈之外，光纤两端连接其他元器件时不必向上翘起，进而解决了传统盘绕方法所必然导致的光纤飞纤问题。

实施例二：

请参阅图2，本实施例提供了一种光纤激光器，所述光纤激光器包括第一光纤11和用于盘绕并冷却第一光纤11的第一冷却盘12；所述第一光纤11按照实施例1所述的光纤盘绕方法盘绕于第一冷却盘12中。所述第一光纤11盘绕于第一冷却盘12中，第一光纤11靠第一冷却盘12中的跑道固定于第一冷却盘12中。应当理解的，光纤激光器中的冷却盘为成熟的现有技术，所以本实施例不再对其结构进行详细描述。

所述光纤激光器还包括第一光无源器件13，所述第一光无源器件13为泵浦源、光纤耦合器等。所述第一光纤11的两端从第一冷却盘12中平行于第一冷却盘12探出，第一光纤11的两端均连接有所述第一光无源器件13。应当理解的，光纤激光器为成熟的现有技术，所以本实施例不再对其结构进行详细描述。

实施例三：

请参阅图3，本实施例提供了一种光纤放大器，所述光纤放大器包括第二光纤21和用于盘绕并冷却第二光纤21的第二冷却盘22；所述第二光纤21按照实施例1所述的光纤盘绕方法盘绕于第二冷却盘22中。所述第二光纤21盘绕于第二冷却盘22中，第二光纤21靠第二冷却盘22中的跑道固定于第二冷却盘22中。应当理解的，光纤放大器中的冷却盘为成熟的现有技术，所以本实施例不再对其结构进行详细描述。

所述光纤放大器还包括第二光无源器件23，所述第二光无源器件23为泵浦源、光纤耦合器等。所述第二光纤21的两端从第二冷却盘22中平行于第二冷却盘22探出，第二光纤21的两端均连接有所述第二光无源器件23。应当理解的，光纤放大器为成熟的现有技术，所以本实施例不再对其结构进行详细描述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。