CN113126222A - 一种非完全轨道约束式光纤盘及盘纤方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非完全轨道约束式光纤盘及盘纤方法。所述光纤盘的同一面设置有轨道约束部和无轨道约束部；所述轨道约束部包括两个或两个以上的弧形轨道组，所述两个或两个以上的弧形轨道组由若干个半径差相同的同心圆轨道、沿径向分割得到，所述弧形轨道组和所述无轨道约束部相间设置在所述光纤盘的同一面，所述轨道约束部和所述无轨道约束部共同在所述光纤盘上形成一封闭区域，所述弧形轨道组的圆心均在所述封闭区域内。使用这样的光纤盘可以减少构建约束轨道耗费的材料，在节约成本的前提下实现对光纤的约束。

Description

一种非完全轨道约束式光纤盘及盘纤方法
技术领域
本发明涉及光纤盘绕技术，尤其涉及一种非完全轨道约束式光纤盘以及使用该光纤盘进行盘纤的方法。
背景技术
光纤激光器作为新一代激光器的代表，近年来得益于光学器件和光纤的研发生产技术的进步取得了长足的发展。然而随着光纤激光器种类和规格的多样化发展、功率的提高以及激光加工工艺要求的提升，对于激光光源的各方面技术指标的需求也在提高。
在光纤盘绕的方式上，目前广泛使用的传统设计工艺光纤盘的结构多为圆形和椭圆形的光滑盘或带有轨道约束的光纤盘，具有结构简单、设计加工容易、使用方便等特点，但也存在轨道形状和各项参数固化无法改变、无法灵活针对各类光纤进行形状和参数调整、在生产和研发实验过程中不能灵活应变、光纤盘多机型通用化困难等缺点。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种非完全轨道约束式光纤盘，
所述光纤盘的同一面设置有轨道约束部和无轨道约束部；
所述轨道约束部包括两个或两个以上的弧形轨道组，所述两个或两个以上的弧形轨道组由若干个半径差相同的同心圆轨道、沿径向分割得到，所述弧形轨道组和所述无轨道约束部相间设置在所述光纤盘的同一面，所述轨道约束部和所述无轨道约束部共同在所述光纤盘上形成一封闭区域，所述弧形轨道组的圆心均在所述封闭区域内。
可选的，所述轨道约束部包括三个弧形轨道组或四个弧形轨道组。
可选的，所述轨道约束部的几何中心设置有直线轨道，所述直线轨道的长度小于半径最小的所述同心圆轨道的半径长度。
本发明实施例还提供了一种使用非完全轨道约束式光纤盘进行盘纤的方法，包括：
从所述轨道约束部的任一弧形轨道组中选择一条弧形轨道的端点作为起点；
从所述起点开始沿所述起点所在的弧形轨道开始盘绕光纤，所述光纤沿所述轨道约束部和所述无轨道约束部盘绕于所述光纤盘上，所述光纤的两端均露出所述弧形轨道组。
可选的，所述光纤盘绕完成后，所述光纤的尾端固定于所述直线轨道处。
可选的，从任一弧形轨道组中选择任一弧形轨道作为起点轨道；
当所述光纤从所述起点轨道穿出后，通过无约束轨道部分，进入相邻弧形轨道组中与所述起点轨道半径相同的弧形轨道继续盘绕，所述光纤从当前所在弧形轨道穿出后，通过无约束轨道部分，进入下一相邻弧形轨道组中与所述起点轨道半径相同的弧形轨道继续盘绕；当所述光纤遍历完所有弧形轨道组中半径相同的弧形轨道后再次进入弧形轨道组时、选择所述弧形轨道组中半径比被遍历过的弧形轨道的半径小且没有被占用的弧形轨道作为新的起点轨道继续按上述方法盘绕所述光纤；
将所述光纤的末端固定在所述直线轨道后，确认完成盘绕。
可选的，所述轨道约束部包括两个弧形轨道组；分别为第一弧形轨道组和第二弧形轨道组；
将所述光纤的中段固定于所述直线轨道中，所述直线轨道两侧的光纤分别选择第一弧形轨道组和第二弧形轨道组中任一弧形轨道作为起点轨道进入；所述光纤的两端分别从所述第一弧形轨道组和所述第二弧形轨道组中的所述起点轨道穿出后，分别经过无轨道约束部进入另一弧形轨道组，直到完成盘绕；其中，光纤每次进入另一弧形轨道组时，均选择该弧形轨道组中半径比光纤进入该弧形轨道组前所在的弧形轨道半径大且没有被占用的弧形轨道作为新的起点轨道进入。
可选的，所述轨道约束部包括三个弧形轨道组，分别为第一弧形轨道组、第二弧形轨道组和第三弧形轨道组；所述第一弧形轨道组、第二弧形轨道组和第三弧形轨道组依次相邻设置；
从所述第一弧形轨道组中选择一弧形轨道作为起点轨道；所述光纤从所述起点轨道处开始缠绕，所述光纤从所述起点轨道穿出后通过无轨道约束部，进入第二弧形轨道组的弧形轨道，所述光纤从所述第二弧形轨道组的弧形轨道穿出后通过无轨道约束部，进入第三弧形轨道组的弧形轨道，所述光纤从所述第三弧形轨道组的弧形轨道穿出后通过无轨道约束部，再次进入第一弧形轨道组的弧形轨道，直到完成盘绕；光纤每次从前一弧形轨道组的弧形轨道进入后一弧形轨道组的弧形轨道时，后一弧形轨道组的弧形轨道与前一弧形轨道组的弧形轨道间隔两个半径差。
可选的，所述光纤的数量为3根，三根光纤分别选择所述三个弧形轨道组中的一个弧形轨道组的一弧形轨道作为起点轨道进行缠绕。
可选的，当后一弧形轨道组中没有可容纳光纤的弧形轨道时，从前一弧形轨道组中选择一弧形轨道作为返回轨道容纳所述光纤，所述返回轨道与所述前一弧形轨道组中已被光纤占用的弧形轨道相邻，所述返回轨道的半径小于所述已被光纤占用的弧形轨道的半径。
通过本发明实施例提供的非完全轨道约束式光纤盘，可以减少构建约束轨道耗费的材料，在节约成本的前提下实现对光纤的约束。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种光纤盘；
图2为本发明实施例1提供的一种带有直线轨道的光纤盘；
图3为本发明实施例1提供的一种包括三个弧形轨道组的光纤盘；
图4为本发明实施例1提供的一种包括四个弧形轨道组的光纤盘；
图5为本发明实施例2提供的一种光纤盘绕方法；
图6为本发明实施例2提供的一种用于带有直线轨道的光纤盘的光纤盘绕方法；
图7为本发明实施例2提供的另一种用于带有直线轨道的光纤盘的光纤的盘绕方法；
图8为本发明实施例2提供的一种用于包括三个弧形轨道组的光纤盘的三根光纤的盘绕方法；
图9为本发明实施例2提供的一种用于包括三个弧形轨道组的光纤盘的两根光纤的盘绕方法；
图10为本发明实施例2提供的一种用于包括三个弧形轨道组的光纤盘的六根光纤的盘绕方法。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的一种光纤盘。所述光纤盘的同一面设置有轨道约束部和无轨道约束部；所述轨道约束部包括两个或两个以上的弧形轨道组，所述两个或两个以上的弧形轨道组由若干个半径差相同的同心圆轨道、沿径向分割得到，所述弧形轨道组和所述无轨道约束部相间设置在所述光纤盘的同一面，所述轨道约束部和所述无轨道约束部共同在所述光纤盘上形成一封闭区域，所述弧形轨道组的圆心均在所述封闭区域内。
可以理解为：以R为最小半径，R+n*Δr为最大半径做出半径差为Δr的n+1个同心圆，将所有的同心圆经通过圆心的一条垂直直线分成左右两个部分S1和S2，在S1位置固定的情况下将S2部分向右平移L距离(L＞2*(R+n*Δr))，形成了一个不完全的形似“400m标准跑道”的轨迹。
这样的设计可以减少构建约束轨道耗费的材料，在节约成本的前提下实现对光纤的约束。
在上述实施例的基础上，参考图2，所述轨道约束部的几何中心设置有直线轨道，所述直线轨道的长度小于半径最小的所述同心圆轨道的半径长度。
具体的，在该轨迹的几何中心处作出一条长度为d(d＜R)的线段轨迹垂直于两个圆心连线且被圆心连线平分。依照该方案制作出光纤轨道图案后，该图案整体分为三个部分：带有轨迹的两个同心半圆形成的轨道约束部、无轨迹的两个半圆之间的无轨道约束部和用于约束光纤盘中心部分空间光纤的直线轨道部分。
在上述实施例的基础上，参考图3和图4，所述轨道约束部包括三个弧形轨道组或四个弧形轨道组。
应当知道的是，非完全轨道约束式光纤盘包括但不限于铝合金、钢、铜、等材质的水冷板、风冷板、箱体等载体。以该非完全轨道约束式光纤盘方案思路为基础进行的包括如曲线添加，长短宽窄变化，光纤盘立体面弯曲等图案改造均需在保护范围内。
实施例2
图5为本发明实施例2提供的一种光纤盘绕方法。图5中光纤盘的轨道约束部包括两个弧形轨道组，当然，若光纤盘的轨道约束部包括两个以上的弧形轨道组，也可以参考下述的方法，只是没有在图中示出。
该方法包括：从所述轨道约束部的任一弧形轨道组中选择一条弧形轨道的端点作为起点；从所述起点开始沿所述起点所在的弧形轨道开始盘绕光纤，所述光纤沿所述轨道约束部和所述无轨道约束部盘绕于所述光纤盘上，所述光纤的两端均露出所述弧形轨道组。
在上述实施例的基础上，参考图6，光纤盘的轨道约束部的几何中心设置有直线轨道，可以在光纤盘绕完成后，将所述光纤的尾端固定于所述直线轨道处。
从任一弧形轨道组中选择任一弧形轨道作为起点轨道；当所述光纤从所述起点轨道穿出后，通过无约束轨道部分，进入相邻弧形轨道组中与所述起点轨道半径相同的弧形轨道继续盘绕，所述光纤从当前所在弧形轨道穿出后，通过无约束轨道部分，进入下一相邻弧形轨道组中与所述起点轨道半径相同的弧形轨道继续盘绕；当所述光纤遍历完所有弧形轨道组中半径相同的弧形轨道后再次进入弧形轨道组时、选择所述弧形轨道组中半径比被遍历过的弧形轨道的半径小且没有被占用的弧形轨道作为新的起点轨道继续按上述方法盘绕所述光纤；将所述光纤的末端固定在所述直线轨道后，确认完成盘绕。
根据需求不同，如对光束质量有要求，可调整光纤盘绕内圈直径、根据不同的器件连接方向可以将光纤盘成左旋或者右旋形式，解决了传统光纤轨道盘光纤盘绕方向不可变化的问题。
图7中光纤盘的轨道约束部包括两个弧形轨道组，光纤盘的轨道约束部的几何中心设置有直线轨道。参考图7，可以使用如下的盘纤方法：
将所述光纤的中段固定于所述直线轨道中，所述直线轨道两侧的光纤分别选择第一弧形轨道组和第二弧形轨道组中任一弧形轨道作为起点轨道进入；所述光纤的两端分别从所述第一弧形轨道组和所述第二弧形轨道组中的所述起点轨道穿出后，分别经过无轨道约束部进入另一弧形轨道组，直到完成盘绕；其中，光纤每次进入另一弧形轨道组时，均选择该弧形轨道组中半径比光纤进入该弧形轨道组前所在的弧形轨道半径大且没有被占用的弧形轨道作为新的起点轨道进入。
传统盘绕方式中的光纤两端往往分别处于光纤盘的内外两侧，在光纤激光器功率水平提高之后，一方面对于光纤的散热要求更加苛刻，另一方面使用双向泵浦时，为了更好的控制输出激光的光束质量，内圈直径较小时可能会产生由内侧进入的泵浦光会比外圈的泵浦功率散失更多，造成效率降低和涂覆层温度高等问题。
针对这类情况可对利用该光纤盘进行盘纤的方式进行调整。将光纤中段固定于光纤盘中部轨道处，两侧光纤同时从光纤盘内圈呈中心对称状态向外进行盘绕，每盘绕半圈光纤后进入直径更大一圈的弧形轨道，依此类推直至光纤盘绕完成。
该种光纤盘绕方式能够使得光纤两端均处于光纤盘的外侧，避免了光纤两端分处内外两侧时内侧光纤熔接需要从上部飞出或从盘下打孔穿出的窘境，光纤完全与水冷光纤盘贴合，具有最佳的散热效果。
该种盘绕方式可以随意调整内圈直径，可从内圈开始盘绕时选择初次进入的轨道的直径。
图8中光纤盘的轨道约束部包括三个弧形轨道组。参考图8，当有三根光纤需要被同时盘绕，并且同一根光纤需要在同一个弧形轨道组实现同进同出时，可以使用如下的盘纤方法：
按顺时针方向将所述三个弧形轨道组标记为第一弧形轨道组、第二弧形轨道组和第三弧形轨道组。
从所述第一弧形轨道组中选择任一弧形轨道作为起点轨道；所述光纤从所述起点轨道处开始缠绕，所述光纤从所述起点轨道穿出后通过无轨道约束部，进入第二弧形轨道组的弧形轨道，所述光纤从所述第二弧形轨道组的弧形轨道穿出后通过无轨道约束部，进入第三弧形轨道组的弧形轨道，所述光纤从所述第三弧形轨道组的弧形轨道穿出后通过无轨道约束部，再次进入第一弧形轨道组的弧形轨道，继续按上述盘绕规则盘绕光纤，直到完成盘绕；光纤每次从前一弧形轨道组的弧形轨道进入后一弧形轨道组的弧形轨道时，后一弧形轨道组的弧形轨道与前一弧形轨道组的弧形轨道间隔两个半径差。
当后一弧形轨道组中没有可容纳光纤的弧形轨道时，从前一弧形轨道组中选择一弧形轨道作为返回轨道容纳所述光纤，所述返回轨道与所述前一弧形轨道组中已被光纤占用的弧形轨道相邻，所述返回轨道的半径小于所述已被光纤占用的弧形轨道的半径。
以图8对应的盘纤方法作为基础，减少一根光纤的数量，方式不变，则可以获得图9的盘纤结果。
以图8对应的盘纤方法作为基础，将光纤数量确定为6根，方式不变，则可以获得图10的盘纤结果。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种非完全轨道约束式光纤盘，其特征在于，
所述光纤盘的同一面设置有轨道约束部和无轨道约束部；
所述轨道约束部包括两个或两个以上的弧形轨道组，所述两个或两个以上的弧形轨道组由若干个半径差相同的同心圆轨道、沿径向分割得到，所述弧形轨道组和所述无轨道约束部相间设置在所述光纤盘的同一面，所述轨道约束部和所述无轨道约束部共同在所述光纤盘上形成一封闭区域，所述弧形轨道组的圆心均在所述封闭区域内。
2.根据权利要求1所述的非完全轨道约束式光纤盘，其特征在于，所述轨道约束部包括三个弧形轨道组或四个弧形轨道组。
3.根据权利要求1或2所述的非完全轨道约束式光纤盘，其特征在于，所述轨道约束部的几何中心设置有直线轨道，所述直线轨道的长度小于半径最小的所述同心圆轨道的半径长度。
4.一种使用权利要求3中所述的非完全轨道约束式光纤盘进行盘纤的方法，其特征在于，包括：
从所述轨道约束部的任一弧形轨道组中选择一条弧形轨道的端点作为起点；
从所述起点开始沿所述起点所在的弧形轨道开始盘绕光纤，所述光纤沿所述轨道约束部和所述无轨道约束部盘绕于所述光纤盘上，所述光纤的两端均露出所述弧形轨道组。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光纤盘绕完成后，所述光纤的尾端固定于所述直线轨道处。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从任一弧形轨道组中选择任一弧形轨道作为起点轨道；
当所述光纤从所述起点轨道穿出后，通过无约束轨道部分，进入相邻弧形轨道组中与所述起点轨道半径相同的弧形轨道继续盘绕，所述光纤从当前所在弧形轨道穿出后，通过无约束轨道部分，进入下一相邻弧形轨道组中与所述起点轨道半径相同的弧形轨道继续盘绕；当所述光纤遍历完所有弧形轨道组中半径相同的弧形轨道后再次进入弧形轨道组时、选择所述弧形轨道组中半径比被遍历过的弧形轨道的半径小且没有被占用的弧形轨道作为新的起点轨道继续按上述方法盘绕所述光纤；
将所述光纤的末端固定在所述直线轨道后，确认完成盘绕。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述轨道约束部包括两个弧形轨道组，分别为第一弧形轨道组和第二弧形轨道组；
将所述光纤的中段固定于所述直线轨道中，所述直线轨道两侧的光纤分别选择第一弧形轨道组和第二弧形轨道组中任一弧形轨道作为起点轨道进入；所述光纤的两端分别从所述第一弧形轨道组和所述第二弧形轨道组中的所述起点轨道穿出后，分别经过无轨道约束部进入另一弧形轨道组，直到完成盘绕；其中，光纤每次进入另一弧形轨道组时，均选择该弧形轨道组中半径比光纤进入该弧形轨道组前所在的弧形轨道半径大且没有被占用的弧形轨道作为新的起点轨道进入。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述轨道约束部包括三个弧形轨道组，分别为第一弧形轨道组、第二弧形轨道组和第三弧形轨道组；所述第一弧形轨道组、第二弧形轨道组和第三弧形轨道组依次相邻设置；
从所述第一弧形轨道组中选择一弧形轨道作为起点轨道；所述光纤从所述起点轨道处开始缠绕，所述光纤从所述起点轨道穿出后通过无轨道约束部，进入第二弧形轨道组的弧形轨道，所述光纤从所述第二弧形轨道组的弧形轨道穿出后通过无轨道约束部，进入第三弧形轨道组的弧形轨道，所述光纤从所述第三弧形轨道组的弧形轨道穿出后通过无轨道约束部，再次进入第一弧形轨道组的弧形轨道，直到完成盘绕；光纤每次从前一弧形轨道组的弧形轨道进入后一弧形轨道组的弧形轨道时，后一弧形轨道组的弧形轨道与前一弧形轨道组的弧形轨道间隔两个半径差。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光纤的数量为3根，三根光纤分别选择所述三个弧形轨道组中的一个弧形轨道组的一弧形轨道作为起点轨道进行缠绕。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当后一弧形轨道组中没有可容纳光纤的弧形轨道时，从前一弧形轨道组中选择一弧形轨道作为返回轨道容纳所述光纤，所述返回轨道与所述前一弧形轨道组中已被光纤占用的弧形轨道相邻，所述返回轨道的半径小于所述已被光纤占用的弧形轨道的半径。
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