[实用新型]一种光纤激光器用圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器领域，具体设计一种有源光纤的盘绕装置。

背景技术

光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有固体和气体激光器无可比拟的优越性，包括体积小、光束质量好、电光转化效率高、运行成本低、加工精度高等特点。光纤激光器已经广泛应用于材料处理与机械加工等高端制造产业，市场前景非常广阔。大功率光纤激光器由种子光源、泵浦激光器和有源光纤组成，种子光源在通过芯径约为100微米的有源光纤时，其光功率在泵浦激光器的帮助下逐步放大。通常有源光纤的光放大效率为40-50％左右，另外50-60％的功率以热量的形式通过光纤表面散发出去。例如，大功率光纤激光器的功率至少在100W以上，也就是说有120W 的能量需要以热量的形式从100微米的纤芯中散发出去。光纤激光器的功率越高，通过有源光纤纤芯的功率密度越高，产生的热量也就越高，因此有源光纤的有效散热是光纤激光器的一个关键技术。在使用过程中有源光纤通常以盘绕方式放置在散热板(即热沉)上来散热。这样的放置，一方面，如果光纤盘绕不当，极易产生应力，在长期使用过程中，光纤内部容易受损，造成能量局部集中，从而导致光纤烧损。另一方面，如果光纤盘绕不当，光纤与热沉的接触不均匀，光纤的散热不均匀，也极易造成热量局部集中，从而导致光纤烧损。

现在市场上的光纤激光器里的有源光纤的盘绕方法主要有两种。一种是在铝质圆柱体上盘绕光纤的方法，如图1所示。光纤101成螺纹状盘绕在光滑的铝质圆柱体100上，铝质圆柱体100作为热沉可以采用水冷或风冷的方式来进一步散热。为了不让光纤从圆柱体上滑落，光纤与光纤不仅需要直接紧密接触，同时需要给光纤有一定的预紧力，通常是拉力，以保证光纤的每点都与圆柱体均匀紧密接触102来散热。但是作用在光纤上的拉力会在光纤内部产生了应力，而且光纤的石英材质与散热圆柱体的铝材质热膨胀系数不一样，随着工作环境温度的变化，会对光纤产生疲劳应力，从而对光纤激光器的使用寿命产生巨大影响。

另一种盘绕方法是平板式光纤盘绕方式，如图2所示。光纤101成涡状线盘绕在一块铝质散热平板103上，不需要光纤的预紧力，相对圆柱盘绕式来说，这种方式的优点是有效地消除了光纤盘绕过程中的应力，但是由于是自由落体式地摆放在散热铝板104上，有一些光纤并不能完全散落在散热板上，造成光纤散热不均匀。同时光纤盘绕的直径也有随意性。

实用新型内容

本实用新型基于上述现有技术缺陷，创新地提出一种全新结构的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕方法。通过在一圆柱桶中心加工出锥形内壁，锥形直径自下而上逐渐增大，然后在内壁上开出螺纹槽，将有源光纤顺着螺纹槽自下向上盘绕在锥面螺纹槽里。由于光纤绕在桶状锥体的内壁，利用光纤自身的重力，以及光纤与槽的摩擦力，使光纤能均匀嵌在螺纹槽内。同时，利用光纤自身往外的弹力，使光纤嵌在槽内的力度保持均匀。此外，在温度变化时，光纤也能随着园桶内壁的增大变小而产生相应的变化，从而使光纤能有效地均匀散热而不产生内应力。

本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种光纤激光器用圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，包括：导热圆桶1，所述圆桶1中心开有锥形内壁2，所述内壁2上有机加工形成的V型螺纹槽3，所述螺纹槽3内自下而上盘绕着光纤4，圆桶1上下二端安装有L型弹簧压杆10，来固定光纤4的二头。

进一步的根据本实用新型所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其中所述圆桶1的内壁2自下而上呈倒锥状，即下小上大，锥体的半锥角5处于30-70°度之间。所述内壁2的最小半径大于光纤4允许的缠绕半径，锥形内壁高度小于或等于圆柱体高度。

进一步的根据本实用新型所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其中所述圆桶锥形内壁上的V型螺纹槽3的截面与锥形内壁2呈等腰三角形，所述V型螺纹槽的下边6用于承载光纤，与水平面呈0-30°角，所述V型螺纹槽的上边7与下边6 形成的三角形的顶角8介于40-80°角，所述螺纹槽上下二边6和7的长度大于光纤 4直径，通常为光纤直径的1-2倍。

进一步的根据本实用新型所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其中所述圆桶锥形内壁上的螺纹槽3的螺纹间距9是光纤4直径的1-3倍。