[發(fā)明專利]一種高功率包層光濾除器

在審

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• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN107621671A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫偉;董超;谷亮;張紅;周澤武
• 申請（專利權(quán)）人: 中國兵器裝備研究院
• 主分類號: G02B6/036
• 分類號: G02B6/036;G02B6/02;H01S3/067
• 代理公司: 中國船舶專利中心11026
• 代理人: 張東雁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種高功率包層光濾除器，屬于激光領(lǐng)域，尤其屬于高功率全光纖激光器領(lǐng)域。

技術(shù)背景

高功率全光纖激光器應(yīng)用廣泛，源自于其光束質(zhì)量好、集成度高、轉(zhuǎn)換效率高、免維護等諸多的優(yōu)異特性。近年來在工業(yè)加工、軍事國防、金屬材料增材制造等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，在激光器市場所占份額也越來越高。

高功率光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷被拓展。汽車、飛機、大型船舶的制造業(yè)中，對厚金屬板的激光成型、焊接和切割等加工，以及軍用激光光源，都需要高功率高質(zhì)量的光纖激光光源。這些應(yīng)用對光纖激光器的輸出功率要求達到千瓦級乃至萬瓦級，同時對光束質(zhì)量也提出了較高的要求。

高功率光纖激光器一般采用雙包層結(jié)構(gòu)的光纖，激光在其幾十微米的纖芯內(nèi)傳輸，一般具備高光束質(zhì)量，但是受未被纖芯吸收的殘余泵浦光，增益光纖在光纖盤中纏繞彎曲會導(dǎo)致的纖芯內(nèi)高階模式激光泄露到包層中，熔點損耗導(dǎo)致纖芯激光泄露等因素的影響，使得高功率光纖激光器的傳能光纖包層內(nèi)存在一部分包層光，這些包層光的存在會惡化輸出激光的光束質(zhì)量，以及給下一級放大器的(N+1)×1型泵浦光合束器帶來發(fā)熱壓力。

涉及包層光濾除器的發(fā)明專利現(xiàn)已有很多，如發(fā)明專利201410127040.2在光纖涂覆層上剝除多個凹槽填內(nèi)充濾光材料，在涂覆層上制作方形凹槽難度大，不易實現(xiàn)；發(fā)明專利201310628681.1采用折射率遞進的多級膠層濾除包層內(nèi)激光，在制作時注膠量和涂覆需要精確控制，制作難度較大。包層光濾除器在濾除包層光時激光會產(chǎn)生大量的熱，如果光纖表面的熱量不及時排出，嚴(yán)重時會導(dǎo)致光纖材料燒毀。所以高功率包層光濾除器既要解決包層內(nèi)激光的濾除問題，又要解決好其自身的散熱問題，最好能將纖芯內(nèi)的高階模式也能濾除掉，而目前現(xiàn)有技術(shù)中和報道中未見有完善的解決措施。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決技術(shù)背景中存在的問題和現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種高功率包層光濾除器。

一種高功率包層光濾除器，其結(jié)構(gòu)包括濾除器底板1，光纖2，濾除器蓋板3，其特征在于，濾除器底板1上面設(shè)有多個光纖槽，還有兩固定壓條20，排布在濾除器底板1上光纖槽中部分的光纖2去除了涂覆層，并且其外面涂有導(dǎo)光導(dǎo)熱膠；在光纖槽的兩端分別注入左端導(dǎo)光導(dǎo)熱的固化膠160和右端導(dǎo)光導(dǎo)熱的固化膠170，兩固定壓條20將光纖2的兩端固定在濾除器底板1上，再將濾除器蓋板3與濾除器底板1固定在一起，使光纖2固定夾在濾除器蓋板3與濾除器底板1之間；從上到下依次排列順序是：濾除器蓋板3、兩固定壓條20、光纖2和濾除器底板1；在濾除器底板1內(nèi)有冷卻水道；并且每個光纖槽底下都對應(yīng)有相應(yīng)的冷卻水道；

光纖2多次經(jīng)過濾除器底板1上的光纖槽，并且相鄰兩光纖槽之間的光纖是彎曲的；

所述的濾除器底板1為濾除器的濾除部位，其材料為導(dǎo)熱系數(shù)大于100W/mK的金屬或金屬合金材料，其上加工有多個平行排布的光纖槽，光纖槽的橫截面以為V型、U型或半圓型，光纖槽大小參數(shù)稍大于光纖2的直徑。濾除器底板1下有冷卻水道。

所述的兩固定壓條20其上的固定孔與濾除器底板邊緣部分留有的螺紋孔匹配。

所述的光纖2是傳輸高功率激光的介質(zhì)，其為雙包層光纖、多包層光纖或纖芯部分沒有摻增益介質(zhì)。

所述濾除器蓋板3的大小和形狀與濾除器底板1相匹配，通過螺紋孔和加螺絲與濾除器底板1固定形成封裝的全光纖器件。

其采用分布式多階段濾除包層內(nèi)存在激光和殘余泵浦光，各濾除階段所用的導(dǎo)光導(dǎo)熱膠的折射率由低向高遞增，并且每個濾除階段光纖槽位置下都有對應(yīng)的水道散熱制冷。在各濾除階段之間的傳能光纖是彎曲排布的，彎曲能將纖芯內(nèi)部的高階模式光導(dǎo)出到包層內(nèi)，導(dǎo)出部分的高階模式光將在下一個濾除階段被導(dǎo)出包層，可以根據(jù)實際的包層光含量和高階模式光的含量設(shè)計多個濾除階段和傳能光纖的彎曲半徑，可以優(yōu)化改善高功率光纖激光器輸出激光的光束質(zhì)量。

本發(fā)明的有益效果是：

1)采用多階段分布式濾除設(shè)計，可以承受高功率的包層光濾除，并可以緩解一個濾除位置不能有效的將包層內(nèi)激光濾除干凈的問題；

2)每個濾除階段獨立，并濾除槽位置下都對應(yīng)有冷卻水道，可以高效的散熱，提高濾除器的可靠性和安全性；

3)相鄰兩濾除階段之間的傳能光纖是彎曲的，可以將纖芯內(nèi)部的高階模式激光導(dǎo)出到包層中，并在下一個濾除階段被濾除掉，起到優(yōu)化光束質(zhì)量的作用；

4)濾除階段的個數(shù)和彎曲的半徑可以根據(jù)實際的包層光含量和纖芯內(nèi)高階模式光的含量設(shè)計，適用范圍廣；