一种光纤盘、光模块以及激光器的制作方法

1.本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种光纤盘、光模块以及激光器。

背景技术：

2.在激光的转化过程中，因增益光纤的参杂离子不同，介质不同，转化率也不同，导致振荡腔产生热量，同时热能量积累会产生振荡腔增益光纤的横模不稳定等其他非线性效应，因此，必须对振荡腔热场分布进行控制，其中光纤槽和盘纤单元绕方式对散热效率的提升和高阶模抑制起着至关重要的作用。现有的光纤盘一般为从内侧进光纤，回旋盘绕至外侧，或者从外侧进光纤回旋至内侧，在专利cn107634443a中提供了一种从外侧向内侧顺时针盘绕至中段停止顺时针改为逆时针由内向外盘绕，该方式解决了光纤飞纤问题，但是由于曲率变化不均，且中间部分的直线部分，在高阶模的抑制提高非线性效应上有限，且热场分布不均，进而影响光纤的吸收转化效率。

技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.鉴于现有技术的上述缺点和不足，本实用新型提供一种光纤盘、光模块以及激光器，其解决了现有的光纤盘散热和高阶模抑制效果差的技术问题。
5.(二)技术方案
6.为了达到上述目的，本实用新型的光纤盘包括：增益光纤和基板；
7.所述增益光纤为多段圆弧段依次连接的闭环盘绕结构；
8.所述基板上开设有与所述闭环盘绕结构的形状相匹配的多个光纤槽，所述闭环盘绕结构的多圈光纤分别与多个所述光纤槽一一对应设置，所述光纤槽的槽底的横截面呈圆弧状。
9.可选地，所述增益光纤包括相互连接且对称设置的第一盘纤单元和第二盘纤单元，所述第一盘纤单元和所述第二盘纤单元均为对称闭环盘绕结构；
10.所述第一盘纤单元和所述第二盘纤单元的每一圈光纤均包括依次连接的第一圆弧段、第二圆弧段、第三圆弧段以及第四圆弧段；
11.所述第一圆弧段和所述第三圆弧段的曲率半径相等，所述第二圆弧段和所述第四圆弧段的曲率半径相等，所述第一圆弧段和所述第四圆弧段的曲率半径不相等。
12.可选地，所述第一圆弧段和所述第三圆弧段相互对称且均朝向所述对称闭环盘绕结构的外部凸出，所述第二圆弧段和所述第四圆弧段相互对称且均朝向所述对称闭环盘绕结构的内部凸出。
13.可选地，所述增益光纤包括相互连接的第三盘纤单元和第四盘纤单元；
14.所述第三盘纤单元和所述第四盘纤单元的每一圈光纤均为圆形结构，所述第三盘纤单元与所述第四盘纤单元嵌套设置；
15.所述第三盘纤单元的出口端通过连接光纤连接所述第四盘纤单元的入口端，所述
连接光纤呈“s”型，所述第三盘纤单元的入口端与所述第四盘纤单元的出口端均位于圆形结构的圆周外。
16.进一步地，本实用新型还提供了一种光模块，其包括温控装置以及如上所述的光纤盘，所述基板设置于所述温控装置上。
17.可选地，所述温控装置包括冷却箱和温度传感器，所述冷却箱内填充有冷却介质，所述温度传感器设置于所述冷却箱上，所述温度传感器能够检测所述冷却介质的温度；
18.所述冷却箱第一面为开口，所述基板与所述冷却箱第一面密封连接；
19.所述光纤槽的槽口位于所述基板的第一面，所述基板第二面与所述冷却介质接触，所述基板的第一面与第二面相对。
20.更进一步地，本实用新型还提供了一种激光器，其包括泵浦、壳体、湿度控制装置以及至少一个如上所述的光模块；
21.所述光模块设置于所述壳体内；
22.所述湿度控制装置与所述壳体连接，所述泵浦设置于所述温控装置上；
23.所述湿度控制与所述壳体连接，所述湿度控制装置能够降低所述壳体内部的空气湿度。
24.可选地，所述湿度控制装置包括供气管、第一气阀、第二气阀以及过滤器；
25.所述第一气阀和所述第二气阀均与所述壳体连通，所述供气管的第一端与所述第一气阀的第一端连接，所述第一气阀的第二端通过所述过滤器连接所述壳体的内部；
26.所述供气管的第二端用于通入干燥的压缩空气或氮气。
27.可选地，第一气阀和第二气阀均为单通阀，所述第一气阀的入口和所述第二气阀的出口均位于所述壳体外，所述第一气阀的出口和所述第二气阀的入口均位于所述壳体内。
28.可选地，所述湿度控制装置还包括除湿器和湿度传感器，所述除湿器和湿度传感器均设置于所述壳体内，所述湿度传感器能够检测所述壳体内的湿度。
29.(三)有益效果
30.增益光纤为多段圆弧段依次连接的闭环盘绕结构，曲率变化均，有效地提高了高阶模抑制的效果。增益光纤为多段圆弧段依次连接的闭环盘绕结构，使基板的热场分布均匀。基板上开设有与闭环盘绕结构相匹配的光纤槽，光纤槽的内径大于增益光纤的直径，单圈增益光纤对应一个光纤槽设置，增益光纤嵌入光纤槽内。光纤槽的槽底的横截面呈圆弧状，有效地增加了增益光纤与光纤槽内壁的接触面积，从而提高了热传递的效率，进而提高了基板散热效率，增加了能量光纤的吸收率，增加非线性效应的阈值，可以达到在单根光纤中实现高功率的激光输出。
附图说明
31.图1为本实用新型的光纤盘的实施例一的结构示意图；
32.图2为本实用新型的光纤盘的实施例二的结构示意图；
33.图3为本实用新型的光纤盘的光纤槽的结构示意图；
34.图4为本实用新型的光纤盘的光纤槽的结构示意图；
35.图5为图4中c处的放大图；
36.图6为本实用新型的光模块的安装示意图；
37.图7为本实用新型的激光器的湿度控制装置的结构示意图。
38.【附图标记说明】
39.100：壳体；
40.200：光模块；201：基板；202：增益光纤；2021：第一盘纤单元；2022：第二盘纤单元；2023：第三盘纤单元；2024：第四盘纤单元；203：第一光栅；204：第二光栅；205：光纤槽；
41.300：泵浦；
42.400：供冷口；401：温度传感器；
43.500：第一气阀；501：过滤器；
44.601：除湿器；602：湿度传感器。
具体实施方式
45.为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”......等方位名词以图1的定向为参照。
46.虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。
47.如图1和图2所示，本实用新型提供了一种光纤盘，光纤盘包括增益光纤202和基板201。其中，增益光纤202的每一圈光纤均为多段圆弧段依次连接的结构，多圈光纤顺次连接成闭环盘绕结构，曲率变化均，有效地提高了高阶模抑制的效果；并且，大幅度改变光纤内包层中传输泵浦300光的传输方向，达到在较短光纤长度上最大程度减少光纤内包层中螺旋光成分的目的，进而提高内包层结构中泵浦300光的吸收利用效率。基板201上开设有与闭环盘绕结构的形状相匹配的多个相匹配的光纤槽205，光纤槽205的内径大于增益光纤202的直径，单圈增益光纤对应一个光纤槽205设置，增益光纤202嵌入光纤槽205内，并用耐高温胶带固定，增益光纤202的外壁与光纤槽205的内壁接触，通过光纤槽205的内壁将热量传递至基板201上。增益光纤202为多段圆弧段依次连接的闭环盘绕结构，使基板201的热场分布均匀。如图3和图4所示，光纤槽205的槽底的横截面呈圆弧状，有效地增加了增益光纤202与光纤槽205内壁的接触面积，从而提高了热传递的效率，进而提高了基板201散热效率，增加了能量光纤的吸收率，增加非线性效应的阈值，可以达到在单根光纤中实现高功率的激光输出。
48.优选地，如图4所示，光纤槽205在入口处增加倾斜角e，光纤槽205的横截面如图5所示，斜边与圆弧相切，光纤槽205在入口的最小宽度值a大于增益光纤202的直径d，保证增益光纤能放入光纤槽205中，角度e在5-10
°
之间，进一步增大增益光纤202与基板201的接触面积，同时还能防止安装增益光纤202的过程中光纤脱出。
49.实施例1，如图1所示，增益光纤202包括相互连接且对称设置的第一盘纤单元2021和第二盘纤单元2022，第一盘纤单元2021和第二盘纤单元2022均为对称闭环盘绕结构。其中，第一盘纤单元2021和第二盘纤单元2022的每一圈光纤均包括依次连接的第一圆弧段、
第二圆弧段、第三圆弧段以及第四圆弧段，第一圆弧段和第三圆弧段的曲率半径相等，第二圆弧段和第四圆弧段的曲率半径相等，第一圆弧段和第四圆弧段的曲率半径不相等。第一圆弧段和第三圆弧段相对称且均朝向对称闭环盘绕结构的外部凸出，第二圆弧段和第四圆弧段相对称且均朝向对称闭环盘绕结构的内部凸出，从而构成“8”字型结构。具体地，入口端a从内向外顺时针盘纤，盘至外侧，形成第一盘纤单元2021；出口端b顺着左侧切线方向逆时针从外向内盘至中心形成第二盘纤单元2022。第一圆弧段和第三圆弧段的曲率半径相等，第二圆弧段和第四圆弧段的曲率半径相等，并且第一盘纤单元2021和第二盘纤单元2022对称的部分曲率半径相同，从而使基板201的热场分布均匀，并且进一步提升了高阶模抑制的效果。
50.实施例2，如图2所示，增益光纤202包括相互连接的第三盘纤单元2023和第四盘纤单元2024。第三盘纤单元2023和第四盘纤单元2024的每一圈光纤均为圆形闭环盘绕结构，第三盘纤单元2023和第四盘纤单嵌套设置。第三盘纤单元2023的出口端通过呈“s”型的连接光纤连接第四盘纤单元2024的入口端，第三盘纤单元2023的入口端与第四盘纤单元2024的出口端均位于圆形结构的圆周外，避免飞纤。具体地，第三盘纤单元2023从外侧入纤，从外向内逆时针方向盘纤至内部，“s”型盘纤后由内向外盘纤，使任意两圈第三盘纤单元2023的光纤之间都设置有一圈第四盘纤单元2024的光纤。实施例2的结构为圆形，曲率半径完全相同，在实现抑制横模的不稳定性的同时，将振荡腔内的热量分布更加均匀，对整体温控的准确提升起到关键作用。
51.进一步地，如图6所示，本实用新型还提供了一种光模块，光模块200包括温控装置以及光纤盘，基板201设置于温控装置上。具体地，温控装置包括冷却箱和温度传感器401，冷却箱内填充有冷却介质，冷却介质可以是水，温度传感器401设置于冷却箱上，温度传感器401用于检测冷却介质的温度，温度传感器401可以为热敏电阻。冷却箱第一面为开口，基板201与冷却箱第一面密封连接。光纤槽205的槽口位于基板201的第一面，基板201第二面与冷却介质接触，基板201的第一面与第二面相对。冷却箱与外部的冷却设备通过多个供冷口400循环连通，冷却设备用于对冷却介质降温。当温度传感器401检测到冷却介质的温度超过预设值(泵浦300的吸收最佳温度)时，启动冷却装置进行冷却介质的循环，通过冷却介质降低带走基板201上的热量，从而降低基板201的温度，进而降低增益光纤202的温度。当冷却介质的温度低于预设值时，则停止冷却装置的运行。还可以设置相应的检测pd(phasedetector，鉴相器)，及时识别相应的波长变化，形成反馈机制，冷却装置及时对基板201的温度进行控制。
52.更进一步地，本实用新型还提供了一种激光器，激光器包括泵浦300、壳体100、湿度控制装置以及至少一个光模块200，光模块200设置于壳体100内。第一光栅203和第二光栅204通过螺钉连接固定在基板201，且通过光纤连接增益光纤202构成振荡腔，将泵浦300输出的976nm波段通过其他光学器件汇聚至振荡腔，激发转化成为1064/1080nm波段的激光并输出。壳体100通过框架与外部设备进行安装固定，泵浦300设置于在温控装置上。湿度控制装置与壳体100连接，湿度控制能够降低壳体100内部的空气湿度。
53.如图7所示，湿度控制装置包括供气管、第一气阀500、第二气阀以及过滤器501。第一气阀500和第二气阀均与壳体100连通，供气管的第一端与第一气阀500的第一端连接，第一气阀500的第二端通过过滤器501连接壳体100的内部，供气管的第二端用于通入干燥的
压缩空气或氮气。第一气阀500和第二气阀均通过穿板接头安装固定在壳体100上，穿板接头和壳体100间安装有密封垫。过滤器501通过螺纹连接第一气阀500，正常工作过程中，第一气阀500通过供气管连接供气设备。第一气阀500和第二气阀均为单通阀，第一气阀500的入口和第二气阀的出口均位于壳体100外，第一气阀500的出口和第二气阀的入口均位于壳体100内。湿度控制装置还包括除湿器601和湿度传感器602，除湿器601和湿度传感器602为常规设备，除湿器601和湿度传感器602均设置于壳体100内，湿度传感器602能够检测壳体100内的湿度。湿度传感器602用来监测壳体100内的湿度值，当湿度达到露点值时，传感器触发报警信号，除湿器601电路开始工作，进行壳体100空间内的除湿。若除湿器601无法将湿度降低至露点值一下，则供气设备启动，干燥的压缩空气或氮气输入供气管内，并通过第一气阀500和过滤器501输入至壳体100内，在壳体100内形成正压，壳体100内部含有水分的空气通过第二气阀排出，从而降低壳体100内的空气湿度，避免结露。
54.本实用新型结构设计合理，通过设计光纤盘及光纤槽205，闭环除湿及温控监测，具有操作便捷/安装方便/提高激光器器件寿命/稳定输出功率的优点，能够有效解决现有技术中激光器振荡腔热场分布不均匀，转化效率低的问题，同时可以解决现场结露或者人工除湿不便的缺陷。针对当前状态，温湿度方面，为防止结露可增加除湿器601，关键器件位置设置温湿度传感器602，检测关键点位的温湿度，根据厂家提供的露点对照设置反馈机制，控制端控制除湿器601或输入洁净干燥的氮气或压缩空气，降低内部湿度，而非简单的调整水冷机温度。实现了对振荡腔温度进行控制的同时，防止了结露的发生。
55.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
56.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
57.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
58.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
59.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种光纤盘，其特征在于，所述光纤盘包括增益光纤(202)和基板(201)；所述增益光纤(202)为多段圆弧段依次连接的闭环盘绕结构；所述基板(201)上开设有与所述闭环盘绕结构的形状相匹配的多个光纤槽(205)，所述闭环盘绕结构的多圈光纤分别与多个所述光纤槽(205)一一对应设置，所述光纤槽(205)的槽底的横截面呈圆弧状。2.如权利要求1所述的光纤盘，其特征在于，所述增益光纤(202)包括相互连接且对称设置的第一盘纤单元(2021)和第二盘纤单元(2022)，所述第一盘纤单元(2021)和所述第二盘纤单元(2022)均为对称闭环盘绕结构；所述第一盘纤单元(2021)和所述第二盘纤单元(2022)的每一圈光纤均包括依次连接的第一圆弧段、第二圆弧段、第三圆弧段以及第四圆弧段；所述第一圆弧段和所述第三圆弧段的曲率半径相等，所述第二圆弧段和所述第四圆弧段的曲率半径相等，所述第一圆弧段和所述第四圆弧段的曲率半径不相等。3.如权利要求2所述的光纤盘，其特征在于，所述第一圆弧段和所述第三圆弧段相互对称且均朝向所述对称闭环盘绕结构的外部凸出，所述第二圆弧段和所述第四圆弧段相互对称且均朝向所述对称闭环盘绕结构的内部凸出。4.如权利要求1所述的光纤盘，其特征在于，所述增益光纤(202)包括相互连接的第三盘纤单元(2023)和第四盘纤单元(2024)；所述第三盘纤单元(2023)和所述第四盘纤单元(2024)的每一圈光纤均为圆形结构，所述第三盘纤单元(2023)与所述第四盘纤单元(2024)嵌套设置；所述第三盘纤单元(2023)的出口端通过连接光纤连接所述第四盘纤单元(2024)的入口端，所述连接光纤呈“s”型，所述第三盘纤单元(2023)的入口端与所述第四盘纤单元(2024)的出口端均位于圆形结构的圆周外。5.一种光模块，其特征在于，所述光模块包括温控装置以及如权利要求1-4任意一项所述的光纤盘，所述基板(201)设置于所述温控装置上。6.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述温控装置包括冷却箱和温度传感器(401)，所述冷却箱内填充有冷却介质，所述温度传感器(401)设置于所述冷却箱上，所述温度传感器(401)能够检测所述冷却介质的温度；所述冷却箱的第一面为开口，所述基板(201)与所述冷却箱的第一面密封连接；所述光纤槽(205)的槽口位于所述基板(201)的第一面，所述基板(201)第二面与所述冷却介质接触，所述基板(201)的第一面与第二面相对。7.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括泵浦(300)、壳体(100)、湿度控制装置以及至少一个如权利要求5或6所述的光模块(200)；所述光模块(200)设置于所述壳体(100)内；所述湿度控制装置与所述壳体(100)连接，所述泵浦(300)设置于所述温控装置上；所述湿度控制装置与所述壳体(100)连接，所述湿度控制装置能够降低所述壳体(100)内部的空气湿度。8.如权利要求7所述的激光器，其特征在于，所述湿度控制装置包括供气管、第一气阀(500)、第二气阀以及过滤器(501)；所述第一气阀(500)和所述第二气阀均与所述壳体(100)连通，所述供气管的第一端与
所述第一气阀(500)的第一端连接，所述第一气阀(500)的第二端通过所述过滤器(501)连接所述壳体(100)的内部；所述供气管的第二端用于通入干燥的压缩空气或氮气。9.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，第一气阀(500)和第二气阀均为单通阀，所述第一气阀(500)的入口和所述第二气阀的出口均位于所述壳体(100)外，所述第一气阀(500)的出口和所述第二气阀的入口均位于所述壳体(100)内。10.如权利要求8所述的激光器，其特征在于，所述湿度控制装置还包括除湿器(601)和湿度传感器(602)，所述除湿器(601)和湿度传感器(602)均设置于所述壳体(100)内，所述湿度传感器(602)能够检测所述壳体(100)内的湿度。

技术总结

本实用新型涉及一种光纤盘、光模块以及激光器，光纤盘包括增益光纤和基板，增益光纤为多段圆弧段依次连接的闭环盘绕结构。基板上开设有与闭环盘绕结构相匹配的光纤槽，增益盘纤单元绕设置于光纤槽内，光纤槽的槽底的横截面呈圆弧状。增益光纤曲率变化均，有效地提高了高阶模抑制的效果。单圈增益光纤对应一个光纤槽设置，增益光纤嵌入光纤槽内。光纤槽的槽底的横截面呈圆弧状，有效地增加了增益光纤与光纤槽内壁的接触面积，从而提高了热传递的效率，进而提高了基板散热效率，增加了能量光纤的吸收率，增加非线性效应的阈值，可以达到在单根光纤中实现高功率的激光输出。单根光纤中实现高功率的激光输出。单根光纤中实现高功率的激光输出。