公平 公正 公开
分享 创造 共赢

当前位置: 亚美娱乐优恵永远多一点 > 电机定子综合测试仪 >

想.电机温升测试 有效剥除光纤包层结构中的残余

作者:孙静1and2,邹淑珍2,陈寒2,于海娟2,王旭葆1,林学春2* 1北京工业大学激光工程研究院 2中国迷信院半导体研究所全固态光源实验室 包层抽运技术是光纤发生高功率信号激光输入

作者:孙静1and2,邹淑珍2,陈寒2,于海娟2,王旭葆1,林学春2*

1北京工业大学激光工程研究院

2中国迷信院半导体研究所全固态光源实验室

包层抽运技术是光纤发生高功率信号激光输入的关键技术之一。然则,在高功率全光纤激光器中,双包层光纤的包层布局中不可制止地含有糟粕抽运光、缩小自愿辐射和因非希望熔接、光纤盘曲等身分吐露的信号光,这些包层光会好转输入激光的光束质量,乃至损坏半导体抽运源和激光器体例中的其他光纤器件,例如准直器、光纤合束器等,从而吃紧影响了激光器的稳定性。以是,如何将包层光确实、高效地从包层波导中剥离是研制高功率全光纤激光器的关键题目之一。

近年来,美国、英国、加拿大、伊朗、中国等国度的研究人员均开展了CLS制备技术的研究,经由过程打算多种剥离布局或提出不同的制备门径。国际外CLS的制备技术计划主要分为3种:基于折射效应、基于罗致效应和基于散射效应的。

1

基于折射效应的剥离技术

关于增加高折射率层的CLS制备门径的研究开展得较早。该门径诈欺所增加的高折射率层的折射率高于光纤包层折射率的特色,将包层光折射出光纤包层之外,其剥离效果与折射率差值相关。最常用的CLS制备门径是采用涂覆高折射率胶的门径,见图1。基于此,研究者打算不同的剥离布局以优化器件的温升机能。

图1 分段剥离不同涂覆层区域的级联式剥离器制造原理图

2

基于罗致效应的CLS技术

在光纤包层外表包裹软金属质料是制备CLS的另一种技术计划,见图2。该计划诈欺金属对包层光的罗致特性发生包层光衰减。金属与包层的接触面积是影响CLS衰减系数和热分散能力的重要身分。

图2 铟制剥离器横截面图

3

基于散射效应的CLS技术

对待高功率光纤,光纤包层中糟粕的抽运光可达数百瓦,对CLS温度特性提出了更高的央浼。基于散射效应CLS的原理为:经由过程危害原来平滑的光纤包层外表,使包层光在包层与氛围界面处发生散射,发生包层光衰减。基于散射效应的CLS的制造门径主要包括光纤外表腐蚀和激光微加工等。

采用光纤外表腐蚀工艺

基于全腐蚀布局的包层功率CLS是将刻蚀胶作用于光纤包层外表,刻蚀胶蕴涵氢氟酸和酸性氟化物,两者化学反响生成的氟硅酸盐晶体牢牢附着在光纤包层外表,如图3所示。

该布局外表可发生随机光散射,能够将包层光导出。2013年,Kliner等诈欺该门径,成绩有用剥离区域的长度为180mm,当输入包层光数值孔径辞别为0.05and 0.13,0.44时,辞别得到了6 dB、14 dB、27dB的功率衰减系数。无自动冷却条件下,该器件在最高测试功率500 W下稳定运转6h。这种制备计划预示腐蚀门径在提拔器件剥离功率机能方面具有宏伟的潜力。

图3 不同时期下被腐蚀的光纤外表光学显微图

也有诈欺石英玻璃管制造腐蚀型CLS的门径。该门径的上风在于加强了该类型器件的机械强度并优化温升机能。在200W的包层光功率下,得到最大20 dB的包层衰减系数,且最高温度为39 ℃。

诈欺激光器在光纤外表实行微加工

Boehme等人于2014年提出了一种诈欺脉冲激光堆积工艺改动光纤外表布局的CLS制造门径。实验装配如图4所示,将500μm无芯光纤外包层剥离80 mm,并将光纤坚固于可挪动转移光纤夹持器上,在待加工光纤下方放置排气装配和熔融石英基质。

图4 实验装配表示图

首先,将二氧化碳(CO2)收回的激光聚焦于熔融石英基质上,使其蒸发并在光纤外表堆积。其次,沿程度方向挪动转移并旋转光纤,使熔融石英在待加工光纤外表匀称堆积。末了,诈欺CO2激光器变成环形激光光束,诈欺激光光束局部溶化光纤上的熔融石英堆积物,从而可光纤外表变成具有特地布局CLS。

在无自动冷却的条件下,该器件在200 W的光功率下实行2 h的稳定性测试,得到了最大10 dB的衰减系数,外表温度达135℃。

2016年Berisset等诈欺紫外激光器对光纤实行微加工,诈欺光纤外表变成的纹理来告终包层光剥离,如图7所示。对包层全外表实行微加工管束,制得条纹深度为7.5μm 的 CLS,测试得到了最大15.2 dB的功率衰减系数,温升系数为1 ℃/W;当剥离功率约为11 W时,器件升温至38℃。

Boyd等使用CO2激光器在光纤包层外表生成周期消融沟道,以完成CLS的制备。将包层直径为400 μm、纤芯直径为20μm的光纤剥除60 mm涂覆层,并将其坚固于垂直步进电机上,用直径为25.4 mm、焦距为50mm的硒化锌(ZnSe)透镜将激光聚焦于光纤外表,经由过程改动激光脉冲宽度来掌管光纤外表消融深度,从而告终包层光的剥离。

对熔断深度为35 μm、熔断距离为620 μm、总长为60 mm的CLS实行测试and当输入光功率为300 W时,功率衰减系数进步至20dB,外表温度达80℃。

4

基于折射效应连接散射效应的剥离技术

Poozesh等于2012年提出了腐蚀法连接高折射率胶涂覆法来制造CLS的计划。器件剥离布局如图5所示。首先,使用氢氟酸将裸纤腐蚀成20mm的锥形区和30 mm的直区(直径为160μm);然后用氢氟酸蒸气毛化锥形区外表,以变成微孔布局;末了在锥形区和直区上辞别涂覆折射率为1.37和1.56的紫外光固化胶,并将该布局嵌入铜热沉中通水冷却。最高测试功率为90W,包层光功率衰减系数可达16.7 dB,最高温度不高出52.7 ℃。

图5 锥形光纤原理图

Ygood等于2016年展现了一种将腐蚀工艺与涂覆高折射率层连接的级联式CLS制造计划。该器件由4级组成,总长为1.5m,如图6所示。

图6 千瓦级剥离器布局原理图

将经氢氟酸和酸性氟化物腐蚀管束并涂覆低折射率紫外光固化胶(n<1.4)的裸纤作为剥离布局的第一级(长度为80mm),以匀称剥除一局限包层光。使用高折射率紫外光固化胶(1.44≤n≤1.451)涂覆的裸纤作为剥离布局的第2、3级。使用高折射率紫外光固化胶(n>1.48)涂覆的裸纤作为剥离布局的第4级。每一级CLS的长度均为200mm,用来剥除此外局限的包层光,使用4块通水热沉辞别对4级剥离区域实行高效散热。在功率为1187 W的包层光下得到了最大26.59dB的衰减系数,器件集体最高温度为35 ℃。

5

国外各CLS制备门径的对比

表1总结了已报道不同CLS制备技术下包层光剥离器的机能目标及其特色。

表1不同制备技术下包层光剥离器机能对照

分析以上对各类CLS制备技术及剥离效果的阐扬,可能看出:

●基于涂覆高折射率胶制造CLS时,器件均须要在高强度的通水热沉冷却下才力稳定劳动,使用时须要富裕酌量散热题目,且高折射率胶自己高温耐受性差,限制了该类型器件的功率承载能力;

●在无自动冷却条件下,腐蚀型的CLS将包层光间接散射至氛围中,器件制造历程中未引入易热损伤的介质,大大进步了器件的热管束能力,CLS承载功率达数百瓦,且在适当的长度上具有高剥离系数,在高功率应用中具有很大的上风;

●应用毛细玻璃管制备的CLS可明显进步器件的温度机能和机械强度,毛细玻璃管是一种强有用的襄理布局;

●诈欺金属包裹制造CLS的计划对照别致,但是其剥离能力无限;

●诈欺进步前辈的激光外表微加工门径制备CLS,其制备效率高,反复性好,但制备装配央浼高缜密的机械与光学掌管,且制备历程中易引入光纤波导熔融盘曲形变;

●将腐蚀法应用于高折射率胶涂覆型CLS的制造中,可告终包层光数值孔径的事后衰减,大大低落了后续高折射率胶剥离区域的热负载,缜密配置多种高折射率胶可有用地低落器件温升系数,但是增加了器件长度,影响了器件布局松散性。

另日对CLS的研究将主要着力于进一步进步剥离功率和增大衰减系数,以制备出高温升系数、高衰减系数的松散型器件,使其任事于更高输入功率的全光纤激光器。增加高折射率层、制备光纤外表微布局是CLS技术起色的支流方向,相应的制备门径也将多元化。另外,采用毛细玻璃管作为制备CLS的襄理布局可使器件同时知足高衰减、高温升和高机械强度的机能央浼。

摘编自《激光与光电子学进展》2017.11期。