本發(fā)明屬于光纖及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置。

背景技術(shù)：

光纖激光器是以光纖作為增益介質(zhì)及傳光設(shè)備的激光器。作為備受關(guān)注的新一代激光器，得益于增益光纖的高摻雜、高轉(zhuǎn)換效率、優(yōu)越的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，光纖激光器具有高輸出功率、高轉(zhuǎn)換效率、低能耗、高光束質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)，高輸出功率也產(chǎn)生了更高的熱量。雖然高功率光纖激光器中所使用的光纖一般具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)度，從一定程度上增大了散熱面積，但由于光纖本身為極細(xì)的纖維結(jié)構(gòu)，散熱面積較小，因此，必須為光纖提供熱沉以增大光纖、特別是發(fā)熱量較大的增益光纖的散熱面積。為了保證激光器的性能，原則上講，大功率光纖激光器中的每一段光纖均應(yīng)該緊附在熱沉上。

光纖激光器優(yōu)越的光束質(zhì)量除了得益于光纖本身優(yōu)越的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)之外，還取決于光纖盤繞直徑。在一定范圍內(nèi)，存在一個(gè)最小的盤繞直徑，既能避免彎曲損耗，還能有效濾除高階模，最大程度優(yōu)化光束質(zhì)量。同時(shí)，最小光纖盤繞直徑能有效提高光纖的泵浦利用率，進(jìn)而提高光纖激光器效率，減小功耗。目前傳統(tǒng)的光纖盤繞方式分為兩種：

(1)平面盤繞，即所有的光纖均在同一平面內(nèi)，但這樣光纖盤繞直徑必然會(huì)隨著盤繞圈由內(nèi)而外逐漸變大，由此偏離最佳盤繞直徑；

(2)螺旋盤繞，即在一個(gè)圓柱體熱沉上進(jìn)行光纖盤繞，可以保證光纖盤繞直徑基本不變。但螺旋結(jié)構(gòu)增加了操作的復(fù)雜性，所附加的應(yīng)力有可能使光纖與圓柱體熱沉之間產(chǎn)生間隙，不利于熱傳導(dǎo)，同時(shí)帶來光纖斷裂的風(fēng)險(xiǎn)；

由此可見，上述兩種盤繞方式均存在結(jié)構(gòu)上的劣勢(shì)，都無(wú)法確保光纖的快、慢軸的高階模式分量被有效濾除，從而限制了光束質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

由于大功率光纖激光器是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)上很難保證所有光纖在同一平面上盤繞。大功率光纖激光器系統(tǒng)經(jīng)常由層疊結(jié)構(gòu)的光纖模塊組成，不同層的光纖模塊之間需要通過傳導(dǎo)光纖連接。由于傳導(dǎo)光纖傳輸功率較高，極易產(chǎn)熱，因此需要進(jìn)行有效的散熱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效優(yōu)化大功率光纖激光器性能的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置包括至少兩塊結(jié)構(gòu)相同且呈直角設(shè)置的第一光纖設(shè)置板和第二光纖設(shè)置板，其中第一光纖設(shè)置板為垂直設(shè)置的矩形板，前表面上形成有一個(gè)光纖設(shè)置槽，或前后表面均形成有一個(gè)形狀相同且位置完全對(duì)應(yīng)的第一光纖設(shè)置槽；第二光纖設(shè)置板為水平設(shè)置的矩形板，上表面上形成有一個(gè)第二光纖設(shè)置槽，或上下表面上均形成有一個(gè)形狀相同且位置完全對(duì)應(yīng)的第二光纖設(shè)置槽，而且第一光纖設(shè)置板上設(shè)有第一走纖孔，第二光纖設(shè)置板上設(shè)有第二走纖孔；所述的第一光纖設(shè)置槽由依次首尾相接的長(zhǎng)直線段、弧線段和短直線段構(gòu)成，其中長(zhǎng)直線段位于第一光纖設(shè)置板的一側(cè)且與第一光纖設(shè)置板的底邊垂直相交；短直線段以與第一光纖設(shè)置板的底邊平行且鄰近的方式設(shè)置在第一光纖設(shè)置板的另一側(cè)；弧線段位于第一光纖設(shè)置板的表面中部；第二光纖設(shè)置槽與第一光纖設(shè)置槽結(jié)構(gòu)相同，由依次首尾相接的長(zhǎng)直線段、弧線段和短直線段構(gòu)成；其中長(zhǎng)直線段位于第二光纖設(shè)置板的一側(cè)且與第二光纖設(shè)置板的后端邊緣垂直相交；短直線段以與第二光纖設(shè)置板的后端邊緣平行且鄰近的方式設(shè)置在第二光纖設(shè)置板的另一側(cè)；弧線段位于第二光纖設(shè)置板的表面中部；第一走纖孔設(shè)置在位于短直線段外側(cè)的部位，是從第一光纖設(shè)置板的底邊向內(nèi)凹陷而形成；第二走纖孔設(shè)置在位于短直線段外側(cè)的部位，是從第二光纖設(shè)置板的后端邊緣向內(nèi)凹陷而形成，并且第一走纖孔與第二光纖設(shè)置板上長(zhǎng)直線段的位置相對(duì)應(yīng)，第二走纖孔與第一光纖設(shè)置板上長(zhǎng)直線段的位置相對(duì)應(yīng)。

所述的第一光纖設(shè)置板和第二光纖設(shè)置板或?yàn)榻饘侔澹驗(yàn)閮?nèi)部帶有水循環(huán)通道的水冷金屬板。

所述的第一光纖設(shè)置板和第二光纖設(shè)置板通過粘合或鉚接方式組合在一起，或?yàn)橐粔K板上互相垂直的兩部分。

所述的第一光纖設(shè)置槽和第二光纖設(shè)置槽與設(shè)置在其內(nèi)的光纖之間填充有導(dǎo)熱膠，以增強(qiáng)導(dǎo)熱功能。

所述的第一光纖設(shè)置板上的弧線段和第二光纖設(shè)置板上的弧線段為圓弧形或橢圓弧形。

本發(fā)明提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置可實(shí)現(xiàn)三維空間中光纖盤繞方向及盤繞平面的轉(zhuǎn)變，同時(shí)又可避免光纖交叉，且使每一段光纖都能夠緊貼于光纖設(shè)置板的光纖設(shè)置槽中，從而得到良好散熱。另外，本裝置一方面能夠保證光纖的有效制冷及合理地彎曲布局，可有效避免光纖的熱損傷及應(yīng)力損傷，另一方面可以巧妙地將光纖盤繞于兩個(gè)垂直面上，可有效濾除光纖中的高階模式，從而提高大功率光纖激光器的光束質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置結(jié)構(gòu)立體圖；

圖2是圖1中第一光纖設(shè)置板結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖3是圖1中第二光纖設(shè)置板結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置結(jié)構(gòu)立體圖；

圖5是圖4示出的光纖盤繞裝置水平方向旋轉(zhuǎn)180°后結(jié)構(gòu)立體圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例三提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置結(jié)構(gòu)立體圖；

圖7是圖6示出的光纖盤繞裝置垂直方向旋轉(zhuǎn)180°后結(jié)構(gòu)立體圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。相同的結(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)號(hào)。

實(shí)施例一：

如圖1—圖3所示，本實(shí)施例提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置包括兩塊結(jié)構(gòu)相同且呈直角設(shè)置的第一光纖設(shè)置板1和第二光纖設(shè)置板2，其中第一光纖設(shè)置板1為垂直設(shè)置的矩形板，前表面上形成有一個(gè)光纖設(shè)置槽11，或前后表面均形成有一個(gè)形狀相同且位置完全對(duì)應(yīng)的第一光纖設(shè)置槽11；第二光纖設(shè)置板2為水平設(shè)置的矩形板，上表面上形成有一個(gè)第二光纖設(shè)置槽21，或上下表面上均形成有一個(gè)形狀相同且位置完全對(duì)應(yīng)的第二光纖設(shè)置槽21，而且第一光纖設(shè)置板1上設(shè)有第一走纖孔15，第二光纖設(shè)置板2上設(shè)有第二走纖孔25；所述的第一光纖設(shè)置槽11由依次首尾相接的長(zhǎng)直線段12、弧線段13和短直線段14構(gòu)成，其中長(zhǎng)直線段12位于第一光纖設(shè)置板1的一側(cè)且與第一光纖設(shè)置板1的底邊垂直相交；短直線段14以與第一光纖設(shè)置板1的底邊平行且鄰近的方式設(shè)置在第一光纖設(shè)置板1的另一側(cè)；弧線段13位于第一光纖設(shè)置板1的表面中部；第二光纖設(shè)置槽21與第一光纖設(shè)置槽11結(jié)構(gòu)相同，由依次首尾相接的長(zhǎng)直線段22、弧線段23和短直線段24構(gòu)成；其中長(zhǎng)直線段22位于第二光纖設(shè)置板2的一側(cè)且與第二光纖設(shè)置板2的后端邊緣垂直相交；短直線段24以與第二光纖設(shè)置板2的后端邊緣平行且鄰近的方式設(shè)置在第二光纖設(shè)置板2的另一側(cè)；弧線段23位于第二光纖設(shè)置板2的表面中部；第一走纖孔15設(shè)置在位于短直線段14外側(cè)的部位，是從第一光纖設(shè)置板1的底邊向內(nèi)凹陷而形成；第二走纖孔25設(shè)置在位于短直線段24外側(cè)的部位，是從第二光纖設(shè)置板2的后端邊緣向內(nèi)凹陷而形成，并且第一走纖孔15與第二光纖設(shè)置板2上長(zhǎng)直線段22的位置相對(duì)應(yīng)，第二走纖孔25與第一光纖設(shè)置板1上長(zhǎng)直線段12的位置相對(duì)應(yīng)。

所述的第一光纖設(shè)置板1和第二光纖設(shè)置板2或?yàn)榻饘侔?，或?yàn)閮?nèi)部帶有水循環(huán)通道的水冷金屬板，以利于光纖散熱。

所述的第一光纖設(shè)置板1和第二光纖設(shè)置板2通過粘合或鉚接方式組合在一起，或?yàn)橐粔K板上互相垂直的兩部分。

所述的第一光纖設(shè)置板1上的弧線段13和第二光纖設(shè)置板2上的弧線段23為圓弧形或橢圓弧形。

現(xiàn)將利用本實(shí)施例提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置盤繞光纖的方法闡述如下：

首先將光纖從第一光纖設(shè)置板1上的第一走纖孔15向前引入第二光纖設(shè)置板2上第二光纖設(shè)置槽21的長(zhǎng)直線段22內(nèi)，然后在弧線段23中盤繞后經(jīng)由短直線段24以及第二光纖設(shè)置板2上的短直線段14進(jìn)入弧線段13，之后從長(zhǎng)直線段12經(jīng)第二光纖設(shè)置板2上的第二走纖孔25向下穿出。由于短直線段14與第一光纖設(shè)置板1的底邊鄰近，同時(shí)短直線段24與第二光纖設(shè)置板2的后端邊緣鄰近，因此第一光纖設(shè)置板1上的短直線段14與第二光纖設(shè)置板2上的短直線段24十分接近，所以光纖幾乎是同時(shí)經(jīng)過這兩個(gè)短直線段。即光纖在本光纖盤繞裝置上是先在第二光纖設(shè)置板2上進(jìn)行水平方向的盤繞，然后變換盤繞方向后再在第一光纖設(shè)置板1上進(jìn)行垂直方向的盤繞。可在光纖設(shè)置槽與光纖之間填充導(dǎo)熱膠，以增強(qiáng)導(dǎo)熱功能。

本實(shí)施例所述的裝置僅為本發(fā)明的基本裝置，經(jīng)由本實(shí)施例擴(kuò)展、組合所得的裝置，可在大功率光纖激光器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多種重要功能，下面將在實(shí)施例二、實(shí)施例三中進(jìn)行具體說明。

實(shí)施例二：

首先定義：圖4中垂直設(shè)置的光纖設(shè)置板的前端面為前表面，后端面為后表面，圖5中定義相反；圖4、5中水平設(shè)置的光纖設(shè)置板的表面為上表面，底面為下表面。

如圖4—圖5所示，本實(shí)施例提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置包括呈十字設(shè)置的第一光纖設(shè)置板1至第四光纖設(shè)置板4；其中第一光纖設(shè)置板1與第三光纖設(shè)置板3上下垂直設(shè)置，并且第一光纖設(shè)置板1與第三光纖設(shè)置板3的結(jié)構(gòu)對(duì)稱；第二光纖設(shè)置板2與第四光纖設(shè)置板4前后水平設(shè)置，并且第四光纖設(shè)置板4上表面上只設(shè)置兩條直線形光纖設(shè)置槽41，42，其中直線形光纖設(shè)置槽41與第一光纖設(shè)置板1上的走纖孔15直對(duì)，第四光纖設(shè)置板4下表面上的光纖設(shè)置槽與其它光纖設(shè)置板上的光纖設(shè)置槽結(jié)構(gòu)相同。

現(xiàn)將利用本實(shí)施例提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置盤繞光纖的方法闡述如下：

光纖首先經(jīng)第四光纖設(shè)置板4上的直線形光纖設(shè)置槽41經(jīng)第一光纖設(shè)置板1上的走纖孔15進(jìn)入第二光纖設(shè)置板2的上表面，在第二光纖設(shè)置板2上表面上的光纖設(shè)置槽21和第一光纖設(shè)置板1前表面上的光纖設(shè)置槽11內(nèi)依次進(jìn)行如實(shí)施例一中所述的盤繞，然后光纖經(jīng)第二光纖設(shè)置板2上的走纖孔25進(jìn)入第三光纖設(shè)置板3的前表面，之后在第三光纖設(shè)置板3前表面上的光纖設(shè)置槽31和第二光纖設(shè)置板2下表面上的光纖設(shè)置槽內(nèi)依次進(jìn)行如實(shí)施例一中所述的盤繞，然后光纖經(jīng)第三光纖設(shè)置板3上的走纖孔進(jìn)入第四光纖設(shè)置板4的下表面，再在第四光纖設(shè)置板4下表面上的光纖設(shè)置槽和第三光纖設(shè)置板3后表面上的光纖設(shè)置槽31依次進(jìn)行如實(shí)施例一中所述的盤繞，之后光纖經(jīng)第四光纖設(shè)置板4上的走纖孔45進(jìn)入第一光纖設(shè)置板1的后表面，在第一光纖設(shè)置板1后表面上的光纖設(shè)置槽11內(nèi)進(jìn)行如實(shí)施例一中所述的盤繞，最后經(jīng)第四光纖設(shè)置板4上的直線形光纖設(shè)置槽42引出裝置。

本實(shí)施例所述的裝置可使大功率光纖激光器中光纖快軸、慢軸的高階模式均得到充分的濾除，最大限度地優(yōu)化光束質(zhì)量，同時(shí)保證光纖的散熱。另外，本實(shí)施例所述的裝置可以作為一個(gè)模塊，靈活地集成到大功率光纖激光器的光纖鏈路中。例如對(duì)需要進(jìn)行濾模處理的光纖進(jìn)行盤繞，而剩余光纖的盤繞則可集中盤繞在圖4中第四光纖設(shè)置板4的上表面。

實(shí)施例三：

首先定義：圖6、7中垂直設(shè)置的光纖設(shè)置板的前端面為前表面，后端面為后表面；圖6中水平設(shè)置的光纖設(shè)置板的表面為上表面，底面為下表面，圖7中定義相反。

如圖6、圖7所示，本實(shí)施例提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置包括第一光纖設(shè)置板1至第七光纖設(shè)置板7；其中第二光纖設(shè)置板2與第六光纖設(shè)置板6設(shè)置在同一水平面內(nèi)；第四光纖設(shè)置板4與第七光纖設(shè)置板7設(shè)置在同一水平面內(nèi)，并且第四光纖設(shè)置板4和第七光纖設(shè)置板7分別位于第二光纖設(shè)置板2與第六光纖設(shè)置板6的正下方；第一光纖設(shè)置板1、第三光纖設(shè)置板3和第五光纖設(shè)置板5從上至下首尾依次相接，并且第三光纖設(shè)置板3的前后表面上只設(shè)置直線形光纖設(shè)置槽36，直線形光纖設(shè)置槽36的上下端分別與水平設(shè)置的光纖設(shè)置板上的走纖孔直對(duì)，同時(shí)第六光纖設(shè)置板6的上表面上也設(shè)置直線形光纖設(shè)置槽，該直線形光纖設(shè)置槽與第一光纖設(shè)置板1上的走纖孔15直對(duì)；第七光纖設(shè)置板7也設(shè)置有直線形光纖設(shè)置槽76。

現(xiàn)將利用本實(shí)施例提供的應(yīng)用于大功率光纖激光器的光纖盤繞裝置盤繞光纖的方法闡述如下：

光纖首先經(jīng)圖中未顯示的第六光纖設(shè)置板6上表面上的直線形光纖設(shè)置槽通過位于第一光纖設(shè)置板1上的走纖孔15在第二光纖設(shè)置板2上表面上的光纖設(shè)置槽21和第一光纖設(shè)置板1前表面上的光纖設(shè)置槽11內(nèi)依次進(jìn)行如實(shí)施例一中所述的盤繞，由此對(duì)光纖盤繞方向進(jìn)行“調(diào)制”；然后經(jīng)位于第二光纖設(shè)置板2上的走纖孔25進(jìn)入第三光纖設(shè)置板5前表面的直線形光纖設(shè)置槽36直行，之后通過位于第四光纖設(shè)置板4上的走纖孔15進(jìn)入第五光纖設(shè)置板5，然后在第五光纖設(shè)置板5的前表面和第四光纖設(shè)置板4的下表面進(jìn)行如實(shí)施例一中所述的盤繞，由此對(duì)光纖盤繞方向進(jìn)行“解調(diào)制”，之后從位于第五光纖設(shè)置板5上的走纖孔55，經(jīng)第七光纖設(shè)置板7下表面的直線形光纖設(shè)置槽76向外引出。這樣，光纖盤繞平面在垂直方向上被成功地進(jìn)行了平移，而中間部位的光纖又全部置于光纖設(shè)置板上的光纖設(shè)置槽內(nèi)，保證了光纖的散熱及固定。另外，可將兩個(gè)層疊結(jié)構(gòu)的光纖模塊分別設(shè)置在第六光纖設(shè)置板6的上表面和第七光纖設(shè)置板7的下表面，并可通過調(diào)節(jié)第三光纖設(shè)置板3的垂直高度對(duì)任意垂直間距的兩個(gè)層疊排列的光纖模塊進(jìn)行上述操作。

以上實(shí)施例只是基于本發(fā)明的某兩個(gè)具體應(yīng)用方案，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，所有基于所本發(fā)明提及的裝置所進(jìn)行的變形、組合及應(yīng)用拓展，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。