高功率柔性光纜以及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光光纖，尤其涉及一種高功率柔性光纜以及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖是一種導(dǎo)致光在玻璃或塑料制成的纖維中，以全反射原理傳輸?shù)墓鈧鲗?dǎo)工具，包含光纖的線纜稱為光纜。通常光纖的一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極體或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖的另一端的接收裝置使用光敏元件檢測脈沖。但隨著現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，光纖已不僅僅只用來進行信號傳遞了。各種高強度的激光也開始利用光纖進行傳輸，例如納秒激光器或飛秒激光器都需要利用傳能光纖進行傳輸。但是這也給制作光纜提出了更高的要求，更高的功率意味著更高的發(fā)熱，現(xiàn)代高功率光纖激光器的效率一般在75% -85%之間，一臺I千瓦的光纖激光器，在摻雜光線內(nèi)部有200-350瓦的熱量存在，倘若光纖散熱效率低下，當摻雜光纖內(nèi)部熱累積到一定程度時，摻雜光纖會發(fā)生纖芯融化。
[0003]目前，關(guān)于高功率光纜冷卻已經(jīng)有CN104037598A《一種高功率光纖高效冷卻方法》CN204103233U《高功率光纖激光器微通道勻溫冷卻板》CN101373882A《筒形光纖整體冷卻裝置》等專利。這些專利都是利用在光纖外增加一套額外的裝置來對光纖進行散熱降溫，由于增加的額外裝置都是利用剛度大的金屬材料制作，缺乏柔性，整個光纖線路只能保持在同一個姿態(tài)下，這樣嚴重妨礙了光纖在運動裝置上的架設(shè)，也使得需要光纖隨動的裝置工作時無法冷卻光纖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高功率柔性光纜，旨在用于解決現(xiàn)有的光纜的柔性與散熱性能難以兼容的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明提供一種高功率柔性光纜，包括纖芯以及包裹于所述纖芯外側(cè)的內(nèi)包層，還包括散熱外管以及位于所述散熱外管內(nèi)的散熱內(nèi)管，所述散熱外管與所述散熱內(nèi)管均由高分子柔性材料制成，所述內(nèi)包層以及所述纖芯均設(shè)置于所述散熱內(nèi)管內(nèi)且兩者貼合，所述散熱外管與所述散熱內(nèi)管之間具有間隙，且于所述間隙內(nèi)填充有相變材料。
[0007]進一步地，于所述間隙內(nèi)設(shè)置有連接所述散熱外管與所述散熱內(nèi)管的若干支撐壁，各所述支撐壁將所述間隙分隔為若干空腔，所述相變材料填充于各所述空腔內(nèi)。
[0008]具體地，各所述支撐壁均沿所述散熱內(nèi)管與所述散熱外管的長度方向延伸，且各所述支撐壁均勻間隔設(shè)置。
[0009]進一步地，每一所述空腔沿所述散熱外管至所述散熱內(nèi)管的方向呈漸縮狀。
[0010]進一步地，所述散熱外管、所述散熱內(nèi)管以及各所述支撐壁均一體成型制成。
[0011]進一步地，所述散熱外管與所述散熱內(nèi)管的高分子材料中均添加有石墨烯或者氮化硼。
[0012]進一步地，所述纖芯、所述內(nèi)包層以及所述散熱內(nèi)管的內(nèi)壁的折射率依次減小。
[0013]本發(fā)明還提供一種高功率柔性光纜的制作方法，包括以下制作步驟:
[0014]采用等離子氣相沉積法制備光纖預(yù)制棒，將所述光纖預(yù)制棒拉伸為纖芯；
[0015]于所述制備的纖芯外表面上采用涂覆與固化技術(shù)固定保護性材料形成內(nèi)包層；
[0016]于所述內(nèi)包層的外側(cè)一次擠壓或拉伸形成散熱內(nèi)管，二次擠壓或拉伸形成散熱外管，于所述散熱內(nèi)管與所述散熱外管之間填充有相變材料。
[0017]具體地，制備后的所述光纖預(yù)制棒在拉絲盤的作用下依次經(jīng)加熱與固化成型所述纖芯。
[0018]進一步地，在制備纖芯時，成型材料內(nèi)添加有稀土元素。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明的光纜，在纖芯與內(nèi)包層的外側(cè)設(shè)置有兩層結(jié)構(gòu)，分別為散熱內(nèi)管與散熱外管，兩者均采用高分子柔性材料制成，不但具有一定的散熱性能，而且使得光纜的柔性較強，從而可以方便光纜在應(yīng)用過程中的安裝架設(shè)，另外在散熱外管與散熱內(nèi)管之間的間隙內(nèi)填充有相變材料，當光纜工作時，纖芯與內(nèi)包層內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以經(jīng)由散熱內(nèi)管傳遞至相變材料，而相變材料通過相變吸收熱量，進而可以起到散熱的作用，當然還有部分熱量可經(jīng)相變材料傳遞至散熱外管，由散熱外管散發(fā)至外界，對此本發(fā)明提供的光纜，不但具有較高的柔性方便安裝，同時散熱性能也非常好，可以有效傳遞高功率激光，而通過本發(fā)明提供的制作方法，則可以成型上述的光纜，成型方便，制作精度高。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明實施例提供的高功率柔性光纜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為圖1的高功率柔性光纜的激光束與泵浦光傳遞示意圖；
[0024]圖3為圖1的高功率柔性光纜與激光頭安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為圖1的高功率柔性光纜呈蛇形管排列的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0027]參見圖1-圖3，本發(fā)明實施例提供一種高功率柔性光纜，可以應(yīng)用于高功率激光中，比如在納秒激光器與飛秒激光器中，其包括有纖芯11與內(nèi)包層12，內(nèi)包層12包裹于纖芯11的外側(cè)，纖芯11主要用于傳遞激光束111，而內(nèi)包層12通常采用玻璃等材料制成，主要用于傳遞泵浦光121，在泵浦光121的作用下，纖芯11內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當適當加入正反饋回路(構(gòu)成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出，內(nèi)包層12不但具有防火，防水與高導(dǎo)熱率的特性，也還具備一定的柔性與韌性，且與纖芯11配合形成全反射，光纜I還包括有散熱外管13與散熱內(nèi)管14，內(nèi)包層12位于散熱內(nèi)管14內(nèi)，而散熱內(nèi)管14則設(shè)置于散熱外管13內(nèi)，且內(nèi)包層12的外表面與散熱內(nèi)管14的內(nèi)壁貼合，散熱外管13與散熱內(nèi)管14均采用高分子柔性材料制成，即兩者均具有一定的散熱功能且具有較強的柔性，散熱外管13的內(nèi)壁與散熱內(nèi)管14的外壁之間具有一定的間隙15，而在該間隙15內(nèi)則填充有相變材料，相變材料可為水或者鹽水等，當然也可以采用流動的冷卻空氣來代替。本發(fā)明中，將光纜I應(yīng)用于高功率激光器中時，高功率的激光束111沿纖芯11傳遞，而泵浦光121則由內(nèi)包層12射入且在內(nèi)包層12與纖芯11兩層中傳遞，在這種傳遞過程中，內(nèi)包層12與纖芯11均會產(chǎn)生較大的熱量，而該熱量則可經(jīng)散熱內(nèi)管14傳遞至相變材料，進而可以造成相變材料相變吸熱，起到散熱作用，而由于散熱外管13的導(dǎo)熱性能，還有部分熱量可以直接經(jīng)相變材料傳遞至散熱外管13并散發(fā)至外界，對此采用散熱外管13與散熱內(nèi)管14的這種配合結(jié)構(gòu)可以使得光纜I具有較高的散熱性能，使得其內(nèi)積蓄的熱量可以快速導(dǎo)出，能夠滿足高功率激光器的激光束111傳遞。另外由于兩者均為柔性材料制成，將光纜I安設(shè)于激光頭2上時，光纜I可以隨激光頭2同步移動，對此不論是將激光頭2安裝在機器手臂上還是手持進行作業(yè)，都不會受到光纜I柔性不夠這一問題的煩惱。
[0028]參見圖1，優(yōu)化上述實施例，在散熱外管13與散熱內(nèi)管14之間的間隙15內(nèi)設(shè)置有若干支撐壁151，各支撐壁151的兩個相對端部分別與散熱外管13的內(nèi)壁以及散熱內(nèi)管14的外壁連接，通過各支撐壁151將該間隙15空間分隔為若干空腔152，相變材料則填充于各空腔152內(nèi)。本實施例中，由于散熱外管13與散熱內(nèi)管14之間具有間隙15，通過各支撐壁151可以使得兩者形成為一個整體，起到支撐散熱外管13的作用，當光纜I受到外部沖擊時，通過各支撐壁151的變形可以起到吸收沖擊能量的作用，從而保證光纜I內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外通過各支撐壁151分隔間隙