一种光纤盘绕方法及光纤激光器和光纤放大器与流程

本发明涉及光纤激光技术，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光纤从内圈向外圈或从外圈向内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。

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飞纤问题。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种光纤盘绕方法，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，盘绕至这根光纤的中段时停止顺时针盘绕，形成从外至内顺时针盘绕的第1圈、第2圈...第n圈光纤圈；接着从光纤的中段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，光纤的第二端从第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；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，盘绕至这根光纤的中段时停止逆时针盘绕，形成从外至内逆时针盘绕的第1圈、第2圈...第n圈光纤圈；接着从光纤的中段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，光纤的第二端从第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。

通过上述盘绕方法，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。

优选的，所述光纤圈的形状为非封闭椭圆形；所述非封闭椭圆形由两条相互平行的直线，及分别位于平行直线两端的第一半圆和第二半圆组成。通过将光纤圈的形状设计为所述非封闭椭圆形，非封闭椭圆形较同等半径的圆形面积更大，多出的面积等于两条平行线之间的面积。由于所述非封闭椭圆形面积较大，保证最内层的光纤圈有足够的空间允许光纤中段反向回旋。

优选的，任意两相邻第一半圆或第二半圆之间的半径之差均等于d，且d大于包含保护层厚度的光纤直径。通过将任意两光纤圈之间的半径差设计为恒定值d，可以提高光纤的盘绕整洁度，利于节省空间，实现紧凑化设计。

优选的，所述各光纤圈中光纤的最小盘绕半径rn'大于等于150倍光纤包层直径。通过上述限定，可以减轻激光在光纤中的宏弯损耗。

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，所述第一光纤通过上述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，所述第二光纤通过上述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，本发明提供的光纤盘绕方法使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所示为本发明中单独一个光纤圈的示意图。

图3所示为本发明所提供的光纤激光器的结构示意图。

图4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1：

请参阅图1和图2，本实施例的目的在于克服传统光纤盘绕方法中必然导致的光纤飞纤问题，为此本实施例提供了一种新的光纤盘绕方法，具体为：

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，盘绕至这根光纤的中段时停止顺时针盘绕，形成从外至内顺时针盘绕的第1圈、第2圈...第n-1圈、第n圈光纤圈；接着从光纤的中段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(n-1)′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，光纤的第二端从第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；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，盘绕至这根光纤的中段时停止逆时针盘绕，形成从外至内逆时针盘绕的第1圈、第2圈...第n-1圈、第n圈光纤圈；接着从光纤的中段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(n-1)′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，光纤的第二端从第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。

通过上述盘绕方法，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飞纤问题。

请参阅图2，在本实施例中，为了保证最内层的光纤圈有足够的空间允许光纤中段反向回旋，各光纤圈的形状可采用非封闭椭圆形。所述非封闭椭圆形由两条相互平行的直线，及分别位于平行直线两端的第一半圆和第二半圆组成。通过将光纤圈的形状设计为所述非封闭椭圆形，非封闭椭圆形较同等半径的圆形面积更大，多出的面积等于两条平行线之间的面积。由于所述非封闭椭圆形面积较大，保证了最内层的光纤圈有足够的空间允许光纤中段反向回旋。

请参阅图1，为了提高光纤的盘绕整洁度，利于节省空间，实现紧凑化设计，本实施例中任意两相邻第一半圆或第二半圆之间的半径之差均等于d，且d大于包含保护层厚度的光纤直径。具体而言，图1中各半径满足以下公式：

rn-rn'＝rm-rm'＝r1-r1'＝d＞光纤直径(含保护层厚度)

考虑到光纤弯曲会影响光纤的机械性能，同时光纤弯曲会导致宏弯损失，使一部分激光从光纤的纤芯中逃离出去，导致激光衰减。所以在本实施例中，各光纤圈中光纤的最小盘绕半径rn'由经验法则确定，及光纤的最小弯曲半径不超过光纤包层直径的150倍。

实施例2：

请参阅图3，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通过实施例1中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3：

请参阅图4，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和用于盘绕第二光纤21的第二冷却盘22。所述第二光纤21通过实施例1中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。