一种高功率光纤激光器指示光保护装置及其实施方法与流程

本发明涉及光纤激光器技术领域，特别涉及一种高功率光纤激光器指示光保护装置及其实施方法。

背景技术：

高功率激光器以其光束质量好、连续功率高、稳定性好、体积小、移动方便等优点，广泛应用于工业加工等领域。

在高功率光纤激光器中，通常采用正反双向泵浦的方式，由于谐振腔的结构及腔内非线性效应等影响，使得反向信号光很强，功率可达几十甚至上百瓦，大量的反向信号光会对指示光装置造成损伤，破坏指示光的使用。因此，一款设计合理、结构紧凑的指示光保护装置对于高功率光纤激光器十分重要。

目前主要利用光纤环形器、二向色镜等器件对反向信号光进行隔离。但是光纤环形器并不能同时隔离不同波长的泵浦光和信号光。二向色镜则由于引入空间结构，使得系统稳定性弱于全光纤结构，全光纤结构的指示光保护装置，结构简单、稳定性高，但目前存在剥除反向纤芯光的困难，不能有效地剥除反向纤芯光和包层光。

因此现有的光纤激光器指示光保护装置，不能同时将反向的纤芯信号光和包层信号光同时剥除，且结构复杂，成本高，不适宜高功率光纤激光器的量产应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高功率光纤激光器指示光保护装置及其实施方法，能够有效剥除高功率光纤激光器中的反向纤芯光和包层光，通过光纤绕线机构把纤芯光转化为包层光，通过包层光剥离机构将包层光剥除；分别经过两次光纤绕线机构和包层光剥离机构，分步剥除，能够有效剥除高功率光纤激光器的反向纤芯光和包层光，保护指示光激光器免受损伤，通过使用散热板或水冷板来散除因包层光被剥除而产生的热量，同时光纤绕线机构中的光纤线中因损耗而产生的热量也能够及时通过导热胶和散热板散除，使用的光纤绕线机构的直径和选择的光纤、盘绕长度经过理论计算和实验验证，通过光纤绕线机构可以把经过光纤线的反向纤芯光转化为包层光，但不会造成指示光强度的衰减，无需使用镜片调节光路，系统简单明了，便于操作，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高功率光纤激光器指示光保护装置，包括指示光激光器、光纤绕线机构以及包层光剥离机构，指示光激光器上连接的光纤交错与两组包层光剥离机构和光纤绕线机构连接，光纤包括纤芯和包层，包层包覆在纤芯的外部，光纤绕线机构用于改变光纤盘绕的直径，光纤弯曲的角度变化，光纤内的纤芯光由纤芯进入到包层内。

进一步地，光纤绕线机构包括前支撑架组、后支撑架组、绕线侧板、旋转轴和绕线伸缩机构，前支撑架组和后支撑架组的顶端轴承上插入两端凸出的旋转轴，并在前支撑架组和后支撑架组之间的旋转轴外壁上固定两个绕线侧板，绕线伸缩机构固定在两个绕线侧板之间的旋转轴上，光纤缠绕在绕线伸缩机构上，并通过绕线伸缩机构的直径伸缩，改变光纤弯曲的角度。

进一步地，包层光剥离机构包括剥离壳、通孔、调节杆、上压轮、下压轮和散热孔，通孔沿剥离壳的长度方向加工，并贯穿剥离壳，在剥离壳的顶端上加工的散热孔与通孔连通，剥离壳前端啮合的调节杆延伸至通孔并与上压轮活动连接，上压轮正下方的下压轮两端与剥离壳活动连接，通过调节杆带动上压轮上下移动，控制与下压轮之间的间距，上压轮和下压轮之间形成间距不小于光纤线的直径。

进一步地，指示光激光器、光纤绕线机构以及包层光剥离机构的顶端均安装在散热板或水冷板上，包层光剥离机构中包层光导出而产生的热量，经由散热板或水冷板散除，光纤绕线机构能够将反向信号光损耗产生的热量通过散热板或导热胶及时散除。

进一步地，绕线伸缩机构包括主管、副管、弧板、通气主管和通气支管，主管绕旋转轴的周面等间距的设置，且主管与旋转轴的内部相连通，旋转轴位于前支撑架组和后支撑架组外部的端口，一端闭合，一端开口，其两个旋转轴的开口内插入活动的通气支管，两侧的通气支管的端口均与通气主管的一端连接，副管插入主管内，在通气主管内通入的气体透过通气支管和旋转轴进入主管内作用于副管内，在气压的作用下副管在主管内上下活动，弧板固定在副管的外部，并同步与副管伸缩。

进一步地，上压轮中心贯穿的轴插入剥离壳沿竖直方向加工的滑槽内，上压轮的轴沿着滑槽上下滑动，下压轮中心贯穿的轴插入剥离壳的轴承内。

进一步地，上压轮的中线上加工对称的卡槽，调节杆的底部端面插入旋转的t型杆，t型杆的两端插入卡槽内，用于带动上压轮升降，而上压轮不跟随调节杆同步旋转。

进一步地，在副管缩回主管内的最小行程，若干弧板相互接触构成完整的圆环结构，缠绕在弧板外部的光纤线的直径最小；在副管伸出主管内的最大行程，若干弧板之间形成等间距缺口的圆环结构，缠绕在弧板外部的光纤线的直径最大。

本发明提出的另一种技术方案：包括一种高功率光纤激光器指示光保护装置的实施方法，包括以下步骤：

s1：在工作状态下，高功率光纤激光器中会有部分纤芯光和包层光因反射而打到指示光激光器中，这部分光若不及时剥除，会对指示光激光器造成不可逆的损伤，严重时会使指示光激光器无法正常工作；

s2：纤芯光和包层光进入到右侧的光纤绕线机构中的光纤，右侧的光纤绕线机构的直径通过理论计算与实验验证所得，调节通入通气主管内的气体量，从而调节若干弧板之间形成等间距缺口的圆环结构，通过改变缠绕在光纤绕线机构上光纤的弯曲角度，调节其反射光的角度，让其反射光小于某一角度，产生折射光，大部分纤芯光由纤芯进入到包层；

s3：在通过右侧包层光剥离机构时，包层中的反向信号光被匀化导出，此时，仍有部分反向信号光残留在纤芯中，继续通过左侧的光纤绕线机构，剩余的反向信号光以同样的方式由纤芯进入到包层；

s4：最后通过左侧包层光剥离机构时，包层的反向信号光被匀化导出，此时，绝大部分的反向信号进入包层内，通过包层光剥离机构将反向信号光从光纤中剥除的目的。

进一步地，针对步骤s1，指示光激光器发出的指示光与反向光两者的波长不同的特性，通过理论计算和实验验证设计合适的光纤类型、长度和绕圈半径，在剥除光纤激光器反向光的同时，能使指示光无损耗地通过指示光保护装置纤芯传输。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提出的一种高功率光纤激光器指示光保护装置及其实施方法，能够有效剥除高功率光纤激光器中的反向纤芯光和包层光，通过光纤绕线机构把纤芯光转化为包层光；分别经过两次包层光剥离机构，分步剥除，能够有效剥除高功率光纤激光器的反向纤芯光和包层光，保护指示光激光器免受损伤。

2.本发明提出的一种高功率光纤激光器指示光保护装置及其实施方法，有效散除因剥除反向光而产生的热量，通过使用散热板或水冷板来散除因包层光被剥除而产生的热量，同时光纤绕线机构中的光纤中因损耗而产生的热量也能够及时通过导热胶和散热板散除。

3.本发明提出的一种高功率光纤激光器指示光保护装置及其实施方法，根据反向光和指示光波长不同的特性，使用的光纤绕线机构的直径和选择的光纤、盘绕长度经过理论计算和实验验证，通过光纤绕线机构可以把经过光纤的反向纤芯光转化为包层光，但不会造成指示光强度的衰减。

4.本发明提出的一种高功率光纤激光器指示光保护装置及其实施方法，本装置由两个光纤绕线机构、两个包层光剥离机构和光纤组成，无需使用镜片调节光路，系统简单明了，便于操作。

附图说明

图1为本发明的指示光保护装置的整体结构图；

图2为本发明的指示光保护装置的绕线伸缩机构直径伸长状态图；

图3为本发明的指示光保护装置的绕线伸缩机构直径缩小状态图；

图4为本发明的指示光保护装置的绕线伸缩机构外部结构图；

图5为本发明的指示光保护装置的包层光剥离机构图；

图6为本发明的指示光保护装置图5的a处放大图；

图7为本发明的的指示光保护装置的调节杆和上压轮结构图；

图8为本发明的路径生成系统的纤芯光和反向信号光在纤芯透过状态图。

图中：1、指示光激光器；2、光纤绕线机构；21、前支撑架组；22、后支撑架组；23、绕线侧板；24、旋转轴；25、绕线伸缩机构；251、主管；252、副管；253、弧板；254、通气主管；255、通气支管；3、包层光剥离机构；31、剥离壳；32、通孔；33、调节杆；34、上压轮；341、卡槽；35、下压轮；36、散热孔；4、光纤线；41、纤芯；42、包层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种高功率光纤激光器指示光保护装置，包括指示光激光器1、光纤绕线机构2以及包层光剥离机构3，指示光激光器1为具有尾纤输出的指示器，指示光激光器1上连接的光纤4交错与两组光纤绕线机构2和包层光剥离机构3连接，光纤4包括纤芯41和包层42，包层42包覆在纤芯41的外部，光纤绕线机构2用于改变光纤盘绕的直径，光纤4弯曲的角度变化，光纤4内的纤芯光由纤芯41进入到包层42内，把高功率光纤激光器中的反向信号光转化为包层光，再通过包层光剥离机构3达到同时剥除反向包层光和纤芯光的功能，保护指示光激光器；并且同时指示光能无损耗传输，为高功率激光器指示作用。

请参阅图2-3，光纤绕线机构2包括前支撑架组21、后支撑架组22、绕线侧板23、旋转轴24和绕线伸缩机构25，前支撑架组21和后支撑架组22的顶端轴承上插入两端凸出的旋转轴24，利用前支撑架组21和后支撑架组22对旋转轴24的两端进行支撑，并且不会影响其旋转轴24的转动，并在前支撑架组21和后支撑架组22之间的旋转轴24外壁上固定两个绕线侧板23，绕线侧板23的直径大于旋转轴24的外径，可以阻挡缠绕在旋转轴24上的光纤线4脱落，绕线伸缩机构25固定在两个绕线侧板23之间的旋转轴24上，光纤线4缠绕在绕线伸缩机构25上，并通过绕线伸缩机构25的直径伸缩，改变光纤线4弯曲的角度。

请参阅图4，绕线伸缩机构25包括主管251、副管252、弧板253、通气主管254和通气支管255，主管251绕旋转轴24的周面等间距的设置，且主管251与旋转轴24的内部相连通，旋转轴24位于前支撑架组21和后支撑架组22外部的端口，一端闭合，一端开口，其两个旋转轴24的开口内插入活动的通气支管255，两侧的通气支管255的端口均与通气主管254的一端连接，通气主管254与气泵连接，在气泵的作用下，产生的气压可以冲入通气主管254内，从而通气主管254的气压进入通气支管255，副管252插入主管251内，副管252的一端位于主管251内，一端位于主管251的外部，在通气主管254内通入的气体透过通气支管255和旋转轴24进入主管251内作用于副管252内，利用其气压的作用，与旋转轴24冲入定量的气体后，多个主管251均分这些气体，并在位于上半部的副管252通过在外部增加弹簧的方式，平衡其自身的重力，在气压的作用下副管252在主管251内上下活动，弧板253固定在副管252的外部，并同步与副管252伸缩，在副管252缩回主管251内的最小行程，若干弧板253相互接触构成完整的圆环结构，缠绕在弧板253外部的光纤线4的直径最小；在副管252伸出主管251内的最大行程，若干弧板253之间形成等间距缺口的圆环结构，缠绕在弧板253外部的光纤线4的直径最大，通过改变其光纤线4的弯曲程度，则在光纤线4内的反向信号光的入射角改变，让本来全反射的反向信号光转换为产生一定折射的反向信号，并且这些折射光会进入包层42内，从而转化为包层光。

请参阅图5，包层光剥离机构3包括剥离壳31、通孔32、调节杆33、上压轮34、下压轮35和散热孔36，通孔32沿剥离壳31的长度方向加工，并贯穿剥离壳31，在剥离壳31的顶端上加工的散热孔36与通孔32连通，剥离壳31前端啮合的调节杆33延伸至通孔32并与上压轮34活动连接，上压轮34正下方的下压轮35两端与剥离壳31活动连接，通过调节杆33带动上压轮34上下移动，控制与下压轮35之间的间距，上压轮34和下压轮35之间形成间距不小于光纤线4的直径，利用上压轮34和下压轮35之间形成的供光纤线4贯穿的间距，可以在增加光纤绕线机构2的直径时，将上压轮34上移，使得光纤线4产生的压力减少，让光纤线4可以跟随光纤绕线机构2的直径增大的同时也增大直径，在光纤绕线机构2直径调整结束后，将上压轮34下移，则上压轮34配合下压轮35压住光纤线4，让光纤线4不会与剥离壳31的通孔32直接发生接触，从而避免对光纤线4的边沿造成损坏。

指示光激光器1、光纤绕线机构2以及包层光剥离机构3的顶端均安装在散热板或水冷板上，包层光剥离机构3中包层光导出而产生的热量，经由散热板或水冷板散除，光纤绕线机构2能够将反向信号光损耗产生的热量通过散热板或水冷板及时散除。

请参阅图6，上压轮34中心贯穿的轴插入剥离壳31沿竖直方向加工的滑槽内，上压轮34的轴沿着滑槽上下滑动，滑槽为上压轮34的上下移动提供导向，下压轮35中心贯穿的轴插入剥离壳31的轴承内，下压轮35的位置被高度，下压轮35无法移动。

请参阅图7，上压轮34的中线上加工对称的卡槽341，调节杆33的底部端面插入旋转的t型杆，t型杆的两端插入卡槽341内，用于带动上压轮34升降，而上压轮34不跟随调节杆33同步旋转，通过旋转调节杆33，配合其螺纹的结构，则会让调节杆33上下移动，在调节杆33向下一定的过程中，会同步的带动t型杆也向下移动，由于t型杆的两端插入卡槽341内，并且上压轮34的两端是沿着滑槽上下滑动，则t型杆在下降的过程中，自身绕调节杆33旋转，将产生的旋转的动力抵消，从而将调节杆33旋转产生的动能传递至上压轮34上。

本装置中的包层光剥离机构3也可以为是对表面做毛化处理的裸光纤，根据分步剥除的效率，设计不同的毛化程度，在异形光纤槽和包层42裸露段之间填充折射率沿光纤轴向依次递增的折射胶层，可将高功率包层光沿光纤轴向均匀剥离，避免因剥离热量聚集导致的局部高温，提高了能剥离的包层光的最大功率，让包层41中的反向信号光被匀化导出。

请参阅图8，为了更好的展现指示光保护的流程，本实施例现提出一种高功率光纤激光器指示光保护装置的实施方法，包括以下步骤：

步骤一：在工作状态下，指示光激光器1产生的纤芯光在纤芯41内传输，指示光激光器1发出的指示光与反向光两者的波长不同的特性，对全反射产生的角度也不同，通过纤芯光入射光的角度达到或超过某一角度时，在纤芯41传输到接收端，部分纤芯光会继续反射，回射至指示光激光器1，产生反向纤芯光和包层光，其指示光激光器1发出的光在纤芯41中波长为可见光的单色光，可见光波长包括但不限于635nm，反向光的波长为1.06μm的单色光；

步骤二：纤芯光和包层光进入到右侧的光纤绕线机构2中的光纤线4，右侧的光纤绕线机构2的直径通过理论计算与实验验证所得，调节通入通气主管254内通入的气体量，从而调节若干弧板253之间形成等间距缺口的圆环结构，改变缠绕在光纤4上的弯曲角度，调节其反射光的角度，让其反射光小于某一角度，产生折射光，大部分纤芯光由纤芯41进入到包层42；

步骤三：在通过右侧包层光剥离机构3时，包层42的反向信号光被匀化导出，此时，仍有部分反向信号光残留在纤芯41中，继续通过左侧的光纤绕线机构2，剩余的反向信号光以同样的方式由纤芯41进入到包层42；

步骤四：最后通过左侧包层光剥离机构3时，包层42的反向信号光被匀化导出，此时，绝大部分的反向信号进入包层42内，通过包层光剥离机构将4反向信号光从光纤4中剥除的目的。

综上所述：本高功率光纤激光器指示光保护装置及实施方法，能够有效剥除高功率光纤激光器中的反向纤芯光和包层光，通过光纤绕线机构2把纤芯光转化为包层光；分别经过两次包层光剥离机构3，分步剥除，能够有效剥除高功率光纤激光器的反向纤芯光和包层光，保护指示光激光器1免受损伤。

有效散除因剥除反向光而产生的热量，通过使用散热板或水冷板来散除因包层光被剥除而产生的热量，同时光纤绕线机构2中的光纤线4中因损耗而产生的热量也能够及时通过导热胶和散热板散除。

根据反向光和指示光波长不同的特性，使用的光纤绕线机构2的直径和选择的光纤、盘绕长度经过理论计算和实验验证，通过光纤绕线机构2可以把经过光纤线4的反向纤芯光转化为包层光，但不会造成指示光强度的衰减；

本装置由两个光纤绕线机构2、两个包层光剥离机构3和光纤4组成，无需使用镜片调节光路，系统简单明了，便于操作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。