一种实现单模单频的线偏振光纤激光输出的光纤盘装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种实现单模单频的线偏振光纤激光输出的光纤盘装置，它是由一个具有多个半圆弧弯道结构的光纤盘，蓝宝石透光盖板和压力可调谐的金属弹簧压片构成，光纤盘表面刻有一定长度的用于放置一定包层直径光纤的弧形沟槽。通过多个不同弯曲半径的圆弧弯道对盘绕在弧形沟槽中的光纤进行模式的选择，可以将除了基模外的其他所有高阶模都进行损耗式的滤除，得到纯单模激光输出。该光纤盘装置制作成本低廉，原理简单，多参数可调，可实现千瓦级以上的单模单频光纤激光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种实现单模单频的线偏振光纤激光输出的光纤盘装置
本专利技术涉及光纤
与激光
，特别涉及大功率单模光纤激光器和放大器。
技术介绍
高功率光纤激光器在光束质量、体积、重量、效率、散热等方面均具有明显优势，现已广泛应用于光纤通讯、激光空间远距离通讯、工业造船、汽车制造、激光切割、金属焊接、军事国防安全、生物医疗、大型基础建设等民用工业和军事领域，被称之为“第三代激光器”。尤其是在激光加工领域，受到越来越多的重视和研究。激光加工与自动化成套技术被《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020)》列为我国未来15年重点发展的八项前沿技术之一。国家发改委，科技部，商务部及国家知识产权局联合发布的《当前应优先发展的高技术产业化重点领域指南》也将激光加工技术及设备列为当前应优先发展的21项先进制造高技术产业化重点领域之一，具体包括：“激光精密加工技术和设备”，“激光切割技术和设备”，“激光焊接技术与设备”。而高功率光纤激光器已经逐步取代传统的二氧化碳激光器和固体激光器，成为激光加工设备的最核心部件。光纤激光器可以广泛应用于金属加工领域的切割和焊接，(例如航空航天，高铁，造船，汽车机器零部件等)，它以其优越的光束质量，可实现精细结构和高速处理，可加工高反射或高传导系数材料，可实现长焦距下的远程加工，目前在钣金切割领域，光纤激光切割设备已经逐渐取代传统的钣金切割设备和冲床等机械加工设备。我国第一大激光加工设备商大族激光也在2015年宣布准备投入超过30亿用于高功率半导体器件，特种光纤及光纤激光器产业化项目和高功率激光切割焊接系统及机器人自动化装备产业化项目。在千瓦级以上的高功率光纤激光器系统中，光纤激光器有着50亿美元的市场潜力，并将逐步取代CO2激光器，尤其是在金属切割领域，光纤激光器将在3～5年间全面取代CO2激光器。自从第一台千瓦光纤激光器在英国南安普顿实验室诞生以来，十年来单芯光纤激光器的输出功率不断的攀升，现在单根单模光纤激光器的最大输出功率已经超过10KW，由IPG公司保持。英国SPI公司，美国的NLIGHT公司以及德国的ROFIN公司也分别有各自的千瓦级单根单模的光纤激光器产品。我国的高功率光纤激光器起步虽然稍晚，但发展也很迅速。目前，武汉锐科，山东海富光子以及深圳创鑫都有能力推出千瓦级，光速质量M2<1.3,的单根单模光纤激光器整机。在千瓦级以上的工业用的光纤激光器领域，目前的市场还是主要被美国的IPGPhotonics公司主导，尤其是千瓦级以上单模光纤激光器系列(M2<1.2)，几家公司基本上都是在同一个水平量级上，即不超过1500W。高功率单模光纤激光器的功率无法继续提升的一个重要原因就是当输出功率进一步提升时，所使用的传能和增益光纤的纤芯直径会随之增大(因为高功率运行时的散热问题)，而光纤纤芯直径的增大会提高光纤的归一化频率V，进而增加了大模场直径光纤纤芯中所能存在的模式数量，即纤芯直径的增大会导致产生更多的高阶模式，无法维持单模运行。另一方面，在保持纤芯直径不变的情况下，增大输出功率，会产生散热问题和非线性效应。因此，目前，千瓦级以上单模光纤激光器就面临进一步提升功率的同时保证单模运行的问题。
技术实现思路
为了解决随着光纤激光器功率达到千瓦级以上后，无法保证单模运行以及产生的散热问题和非线性效应，本技术提出了一种用于千瓦级单模光纤激光器的光纤盘结构。它是一种在千瓦级单模光纤激光器系统中通过设计传能和增益光纤的帽状型光纤盘结构和冷却光纤沟槽形状，实现同时对传能和增益光纤进行散热冷却和选模的功能。可以在千瓦级以上单模光纤激光器系统中进行有效热控管理的同时，抑制非线性效应和剔除传能和增益光纤里产生和传播的高阶模式，保证高功率下的光纤激光器系统单模运行。与现有技术相比，本专利技术提出了一种专门针对千瓦级以上单模全光纤激光器和放大器的制作中，保证单模运行的同时抑制非线性效应，提升输出功率的光纤盘结构，这个结构简单易行，成本低廉。附图说明图1.可用于千瓦级单模光纤激光器的光纤盘结构图2.光纤盘的沟槽结构图图3.弹性压力盖片的结构图1.高功率输入熔点；2.高功率输出熔点；3.蓝宝石透光盖板；4.弧形沟槽；5.圆弧弯道；6.金属弹簧压片；7.螺纹孔；8.增益光纤；9.沟槽；10.铜片；11.弹簧；12.铝片；13.螺纹孔；14.光纤盘；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说.明如图1是可用于千瓦级单模光纤激光器的光纤盘结构图，它是由一个具有多个半圆弧弯道结构的光纤盘14，蓝宝石透光盖板3和压力可调谐的金属弹簧压片6构成，光纤盘表面刻有一定长度的用于放置一定包层直径光纤8的弧形沟槽4。通过多个不同弯曲半径的圆弧弯道5对盘绕在弧形沟槽中的光纤进行模式的选择，可以将除了基模外的其他所有高阶模都进行损耗式的滤除，得到纯单模激光输出。蓝宝石透光盖板3用于保护光纤槽里无源光纤和增益光纤8之间的高功率熔点1和2，保证由于熔接和模场不匹配引起的泵浦光泄露都能及时泄露到空气中，降低光纤涂覆层的热量堆积，实现千瓦级以上的功率输出。在整个光纤盘的盘绕长度上加入四个压力可调谐的金属弹簧压片6，通过对整个增益光纤长度上不同位置上施加不同压力，使其产生不同的应力，用于提高单频信号大功率放大时的受激布里渊散射的功率阈值实现窄线宽的高功率激光市场，同时也可以用来控制光纤中传输的偏振态，保证高消光比的线偏振光输出。如图2所示，沟槽的底部可填充可导热性能优良的液态金属导热片膏，然后将传能和增益光纤8放入沟槽9，置于导热膏里。传能和增益光纤8的上面是可调压力的带弹性的压力盖片6，如图3所示，压力盖片6是由上表面的铜片10，中间的弹簧11和下表面的铝片12组成。两侧带螺纹孔13的铜片10下表面装有一个弹簧11，弹簧11的另一端连接着一个大小与沟槽匹配的铝片12，铝片12下表面刻有与传能和增益光纤8直径相匹配的沟槽9。压力盖片6可以通过螺纹孔7上螺丝将其固定在光纤盘14的表面，通过调节螺丝的松紧实现对传能和增益光纤8整个长度段上的压力调节。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单模单频的线偏振光纤激光输出的光纤盘装置，其特征在于由一个具有多个半圆弧弯道结构的光纤盘，蓝宝石透光盖板和压力可调谐的金属弹簧压片构成，光纤盘表面刻有一定长度的用于放置一定包层直径光纤的弧形沟槽，通过多个不同弯曲半径的圆弧弯道对盘绕在弧形沟槽中的光纤进行模式的选择，可以将除了基模外的其他所有高阶模都进行损耗式的滤除，得到纯单模激光输出，蓝宝石透光盖板用于保护光纤槽里无源光纤和增益光纤之间的高功率熔点，保证由于熔接和模场不匹配引起的泵浦光泄露都能及时泄露到空气中，降低光纤涂覆层的热量堆积，实现千瓦级以上的功率输出，在整个光纤盘的盘绕长度上可以加入多个压力可调谐的金属弹簧压片，通过对整个增益光纤长度上不同位置上施加不同压力，使其产生不同的应力，用于提高单频信号大功率放大时的受激布里渊散射的功率阈值实现窄线宽的高功率激光市场，同时也可以用来控制光纤中传输的偏振态，保证高消光比的线偏振光输出。

【技术特征摘要】
1.一种单模单频的线偏振光纤激光输出的光纤盘装置，其特征在于由一个具有多个半圆弧弯道结构的光纤盘，蓝宝石透光盖板和压力可调谐的金属弹簧压片构成，光纤盘表面刻有一定长度的用于放置一定包层直径光纤的弧形沟槽，通过多个不同弯曲半径的圆弧弯道对盘绕在弧形沟槽中的光纤进行模式的选择，可以将除了基模外的其他所有高阶模都进行损耗式的滤除，得到纯单模激光输出，蓝宝石透光盖板用于保护光纤槽里无源光纤和增益光纤之间的高功率熔点，保证由于熔接和模场不匹配引起的泵浦光泄露都能及时泄露到空气中，降低光纤涂覆层的热量堆积，实现千瓦级以上的功率输出，在整个光纤盘的盘绕长度上可以加入多个压力可调谐的金属弹簧压片，通过对整个增益光纤长度上不同位置上施加不同压力，使其产生不同的应力，用于提高单频信号大功率放大时的受激布里渊散射的功率阈值实现窄线宽的高功率激光市场，同时也可以用来控制光纤中传输的偏振态，保证高消光比的线偏振光输出。2.根据权利要求1所述的单模单频的...

【专利技术属性】
技术研发人员：方宏，秦曦，蔡文俊，
申请(专利权)人：深圳番越光电有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44