本发明专利技术提出一种光纤激光器用圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置和方法，所述光纤盘绕装置包括导热圆桶，圆桶内壁呈上大下小的锥形，锥壁上加工有V型螺纹槽，光纤依V型螺纹槽的锥形轨迹自下而上盘绕在导热圆桶的内壁上，光纤二头采用弹簧压杆固定在螺纹槽里。本发明专利技术利用锥形螺纹槽式的光纤盘绕方式，改善了光纤激光器有源光纤的散热条件，规范了光纤盘绕的大小与形状。特别是利用了光纤自身弯曲时往外的张力和自身的地心引力，能使光纤受力均匀地镶嵌在螺纹槽中，与螺纹槽二边双面线面接触，并能随温度变化自由伸缩，从而保证了光纤激光器工作的稳定性，同时弹簧压杆固定光纤，有利于盘绕光纤搬移，减少光纤损伤和内应力产生，属于下一代光纤激光器光纤盘绕技术的发展方向。
【技术实现步骤摘要】
一种光纤激光器用圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置和方法
本专利技术涉及光纤激光器领域，具体设计一种有源光纤的盘绕装置和方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术基于上述现有技术缺陷，通过长期的创新试验研究，对传统的光纤盘绕方法进行了创新改造，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。本专利技术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，内壁2上有机加工形成的V型螺纹槽3，所述锥形螺纹槽3内自下而上盘绕着光纤4，圆桶1上下二端安装有弹簧压杆10，来固定光纤4的二头。进一步的根据本专利技术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，锥体的角度5处于30-70度之间。所述内壁2的半径大于光纤4允许的缠绕半径。进一步的根据本专利技术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呈等腰或等边三角形，所述V型螺纹槽的下边6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直径的1-2倍。进一步的根据本专利技术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。进一步的根据本专利技术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的上下二端安装有L型弹簧压杆10，用于固定光纤4的二头。L型压杆的一边平行于锥形内壁2，其间隙小于光纤4的直径。进一步的根据本专利技术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的高度和大小依据光纤4的长度而设定，所述圆桶1的材质要求具有良好的导热性，如铝，铜等，所述圆桶1壁厚依据光纤4所需散热量的大小而定，同时为了增加散热能力，所述圆桶1的外壁可以缠绕有水冷铜或固定有冷却风扇。一种使用本专利技术所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕方法，包括以下步骤：步骤(1)、将导热圆桶水平防置，并把圆桶上下二端的L型弹簧压杆打开；步骤(2)、将待盘绕的光纤一头放入下端弹簧压杆处的V型螺纹槽内，并关上下端弹簧压杆，固定光纤一头；步骤(3)、将未固定的光纤轻轻提起置于圆桶锥形内壁的上部，然后把光纤顺V型螺纹槽的方向从下而上缓慢落在螺纹槽里，直至螺纹槽顶端；步骤(4)、将圆桶上端的L型弹簧压杆关上，把光纤另一头固定住，完成光纤盘绕过程。通过本专利技术的技术方案至少能够达到以下技术效果：1)、本专利技术对传统光纤激光器中有源光纤的盘绕装置进行了创新改进，创新地引进圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕方法，光纤顺着螺纹盘绕在螺纹槽里，避免了光纤与光纤之间的直接接触，避免了热点产生；2)、本专利技术首创地采用光纤盘绕在V型螺纹槽里，在光纤自身往外的弹力作用下，光纤表面总有两条线面均匀的弹在槽壁上，相比传统的盘绕方法的一线面落在散热体上，增加了一线面散热；3)、本专利技术创新了光纤盘绕固定方法，通过创新地采用弹簧压杆固定光纤二头，避免了光纤从固定的散热槽里意外地脱落，便于盘绕光纤的搬移，同时又没有限制光纤二头的自由滑移，能有效减少光纤的内应力产生；4)、本专利技术首创的基于光纤顺着螺纹盘绕在螺纹槽里的方法属于对当前光纤激光器中有源光纤的盘绕工艺中的一项重大创新改进，保证了每一个激光器的光纤盘绕的形状与大小的恒定，光纤盘绕的半径随内壁锥体的形状而有规律的变化，避免了平板式光纤盘绕半径的随意性.所述圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置代替传统有源光纤的盘绕装置后所需光纤的缠绕过程可以保持完全一致，不会增加任何额外的设备投资，而且能保证光纤盘绕操作快捷、简便，因此具有广阔的市场推广应用前景。附图说明附图1为一种传统的铝质圆柱体上盘绕光纤装置的结构示意图；附图2为另一种传统的平板式光纤盘绕装置的结构示意图；附图3为本专利技术所述全新结构的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置结构示意图；附图4为本专利技术所述圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置的锥形内壁截面和弹簧压杆结构示意图；附图5为本专利技术所述圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕方法示意图。图中各附图标记的含义如下：100-铝质圆柱体，101-有源光纤，102-光纤与圆柱体接触点，103-铝质平板，104-光纤与平板接触点；1-导热圆桶，2-圆桶锥形内壁，3-V型螺纹槽，4-光纤，5-锥形内壁半锥角，6-V型螺纹槽下边，7-V型螺纹槽上边，8-V型螺纹槽顶角，9-螺纹槽间距，10-L型弹簧压杆，11-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光纤激光器用圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其特征在于，包括：导热圆桶(1)和固定在圆桶上下二端的L型弹簧压杆(10)。所述导热圆桶(1)的中心形成有上大下小的锥形内壁(2)，所述内壁(2)上加工有V型螺纹槽(3)。光纤自下而上盘绕在所述螺纹槽里，光纤的二头分别用所述L型弹簧压杆(10)固定在所述螺纹槽(3)内。
【技术特征摘要】
1.一种光纤激光器用圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其特征在于，包括：导热圆桶(1)和固定在圆桶上下二端的L型弹簧压杆(10)。所述导热圆桶(1)的中心形成有上大下小的锥形内壁(2)，所述内壁(2)上加工有V型螺纹槽(3)。光纤自下而上盘绕在所述螺纹槽里，光纤的二头分别用所述L型弹簧压杆(10)固定在所述螺纹槽(3)内。2.根据权利要求1所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其特征在于，所述V型螺纹槽(3)与所述圆桶锥形内壁(2)成等腰三角形或等边三角形，三角形的腰长大于光纤直径，三角形的顶角为40-80°角。且所述V型螺纹槽(3)的三角形下边(6)用于承载光纤，与水平面成0-30°角。3.根据权利要求2所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其特征在于，所述V型螺纹槽(3)的螺纹间距(9)大于光纤直径，但不超过光纤直径的3倍。4.根据权利要求1所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其特征在于，所述圆桶锥形内壁(2)的半锥角(5)为30-75°角，锥形内壁高度小于或等于圆柱体高度。5.根据权利要求1所述的圆桶式锥形螺纹槽的光纤盘绕装置，其特征还包括有：张紧弹簧(11)，光纤压套(12)和固定螺钉(13)。通过固定螺钉(13)将所述L型弹簧压杆(10...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖黎明，田国光，
申请(专利权)人：苏州孚尔唯系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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