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(jìn)行信號傳遞了。各種高強(qiáng)度的激光也開始利用光纖進(jìn)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(jìn)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(dāng)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(jìn)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(yán)重妨礙了光纖在運(yùn)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)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(qiáng)，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(dāng)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(jìn)而可以起到散熱的作用，當(dāng)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(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)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(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]參見圖1-圖3，本發(fā)明實(shí)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(dāng)適當(dāng)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(qiáng)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(dāng)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(jìn)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(jī)器手臂上還是手持進(jìn)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(shí)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(shí)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(dāng)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