[实用新型]新型模块化防尘防湿高效大功率光纤绕盘结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种新型模块化防尘防湿高效大功率光纤绕盘结构。

背景技术

大功率连续波光纤激光器主要应用于各种金属钣金加工，包括切割，焊接，表面涂覆等工业应用。输出激光器聚焦光斑大小以及输出功率决定了加工面的能量密度，直接影响金属钣金加工的效果。越小的聚焦光斑就能够提供越精密的加工质量，越大的输出功率就越能够提供更快的加工速度，而且能够加工更厚的金属板材。

随着光纤激光器在各种工业应用中的普及，对单模组光纤激光器输出光束质量和输出功率的要求也不断增加。目前的大部分工业用光纤激光器的电光转化效率在35％左右，光光转换效率在70％左右。单模组光纤激光器输出功率的提高也意味着更严谨的热处理，从而保证增加的热量被有效冷却，不会影响激光器的正常工作。对单模组光纤激光器而言，输出功率增加对热处理方面的最大挑战来自于增益光纤，过热的增益光纤会降低泵浦功率的吸收而影响输出功率。好的光束质量意味着输出光斑模式要尽可能低，即要求光纤激光系统能够有效的滤掉高阶模式。同时，光纤激光器通常在高温，高湿度的环境中进行工业加工，增益光纤及关键焊接点长期在这种环境中容易老化影响光束质量以及输出效率。因此如何有效冷却，隔离，绕盘光纤对于提高光纤激光器的输出功率以及光斑质量有着至关重要的影响。

目前的增益光纤绕盘的设计有如下特点：

1.多为传统的单一圆圈绕盘。这种圆圈绕盘的特点是，弯曲曲率半径基本一致，只能滤掉一些特定的高阶模式。而不同的高阶模式需要在不同的曲率弯曲半径处滤出。

2.设计结构单一。增益光纤绕盘可以分为光面绕盘1(参见图1)和带刻槽绕盘2(参见图2和图3)。光面绕盘的优势是增益光纤长度以及绕圈半径灵活可变，但是由于只有光纤底面与绕线盘接触，因此散热能力有限。带刻槽绕盘2可以将光纤3放置在刻槽4内，因此与绕线盘接触面积更大，使得散热热更大，其缺点是光纤长度及绕圈半径有刻槽决定，无法随意变动，并且绕线盘尺寸通常很大。如果需要将30米的参镱光纤以最小80mm的绕圈直接绕在刻槽宽度为650um，槽壁厚度为1mm的光纤绕线盘上，整个金属盘的直径将会至少需要29.7cm。

3.散热不全面。由于绕圈设计，最后的出射光纤5必须从绕圈表面跳出(如图3所示)。这种设计由于出射光纤无法与绕线盘接触，因此出射光纤可能过热。

4.维修困难。目前多数光纤激光器将增益光纤直接绕盘在水冷板上并进行灌胶，水冷板四周安装光栅，焊接点，及其他器件。这种一体设计导致后期维修非常困难。一但增益光纤发生烧毁，很难将其从水冷板上剥离出来而不影响到其他器件。

5.缺少密封考虑。多数光纤激光器绕线盘内部空气与外部具有流通性。因此工作性能受环境影湿度和温度影响较大，同时也容易引起灰尘累积。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有增益光纤绕盘所存在的上述技术问题而提供一种新型模块化防尘防湿高效大功率光纤绕盘结构。这种绕盘方式具有模块化，散热全面，光纤长度灵活，易于维修等优点。

本实用新型所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：

新型模块化防尘防湿高效大功率光纤绕盘结构，包括一光纤绕盘，所述光纤绕盘具有相对设置第一面和第二面，所述第一面具有一圆圈光面区域和一波浪形刻槽区域，所述圆圈光面区域位于所述第一面的中间位置，所述波浪形刻槽区域环绕在所述圆圈光面区域的外围；在所述光纤绕盘上设有入射光纤口和出射光纤孔，出射光纤孔由第一面贯穿到第二面；由泵浦光源出口端过来的光纤通过所述入射光纤口进入所述波浪形刻槽区域，并从外至内以周长逐渐减少方式绕制在所述波浪形刻槽区域的刻槽中，再由所述波浪形刻槽区域邻近所述圆圈光面区域的适当位置进入所述圆圈光面区域，并从外向内以周长逐渐减少方式绕制在所述圆圈光面区域中，最后所述光纤末端的出射光纤穿过所述出射光纤孔至所述第二面后与外部光学器件连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，在所述第一面上还设置有一直线刻槽区域，由泵浦光源出口端过来的光纤通过所述入射光纤口后，先通过所述直线刻槽区域再进入所述波浪形刻槽区域，焊接点放置在所述直线刻槽区域中。