一種采用液芯光纖的激光除垢裝置及方法專利摘要

本發(fā)明提供了一種采用液芯光纖的激光除垢裝置，支撐機構(gòu)(1)、光纖管收縮機構(gòu)(2)、液芯填充機構(gòu)(3)、轉(zhuǎn)向機構(gòu)(4)、對焦清洗機構(gòu)(5)，其特征在于：所述支撐機構(gòu)(1)包括軌道支架(1.2)，所述光纖管收縮機構(gòu)的卷軸(2.2)一端與液壓馬達(2.1)相連，另一端與卷筒(2.3)連接；所述的液芯填充機構(gòu)(3)包括液芯輸送系統(tǒng)(3.1)，液體通過液體貫穿件(3.2)、輸入管道(3.3)進入柔性光纖管(4.1)內(nèi)的液囊中；所述的轉(zhuǎn)向機構(gòu)(4)為柔性光纖管(4.1)；所述的對焦清洗機構(gòu)(5)包括激光發(fā)生器(5.1)，激光發(fā)生器(5.1)激光經(jīng)柔性光纖管(4.1)后，能夠到達預(yù)定的除垢位置。本發(fā)明的抗輻射柔性激光清洗裝置，柔性光纖管不使用時可以通過液壓馬達帶動卷筒卷起來，因此，占用體積小，方便進入現(xiàn)場工作，故障率低、可靠高。

與單芯光纖激光器相比多芯光纖激光器有著更大的有效模場面積,有利于提高光束的輸出功率。多芯光纖激光器因各個纖芯之間互相稱合直接形成超模傳導(dǎo)因為各個纖芯之間的距離已定,所以纖芯之間的相位差已經(jīng)鎖定,同時纖芯之間的離散分布有利于` 響I。多芯光纖的出現(xiàn)為高功率激光輸出光纖激光器的實現(xiàn)提供又一種可能。因為多芯光纖激光器具備其它光纖難以比擬的獨特優(yōu)勢,國外很多知名研究機構(gòu)展開了大量的理論和試驗研究,例如美國Arizona大學(xué)、PC Photonics、英國QinctiQ和俄羅斯Troitsk新技術(shù)研究中心等。已有大量關(guān)于7芯、19芯、37芯等不同纖芯數(shù)目和不同結(jié)構(gòu)的多芯光纖激光器研究報道。

2001年,P.K.Cheo等人報道了七芯光纖激光鎖相輸出的詳細情況。整個光纖的光束質(zhì)量較好,其中輸出總功率超過5 同相超模數(shù)值孔徑NA為0.15,光束質(zhì)量因子M2<1.2,斜效率為65.2%,遠場中央主瓣功率超過總功率的80%[31]。2004年,Cheo等人對19芯光纖進行試驗,輸出功率超過100 W,遠場光束質(zhì)量因子為M2為1.5,這個值接近同相超模光束質(zhì)量理論值。

2005年,L.MichaiUe等人對六芯光子晶體光纖進行試驗,實現(xiàn)激光的鎖相輸出,其斜效率為649^,合成光束遠場發(fā)散角小于衍射極限的1.1倍左右。2006年,Michaille等人又對18芯光子晶體光纖進行試驗,實現(xiàn)激光的鎖相輸出,具體數(shù)值為平均功率65 W,斜效率為46%,合成光束場發(fā)散角是衍射極限的1.2倍左右。并且通過實驗驗證了激光器效率隨纖芯數(shù)目增多而降低。

Y.HUO等人主要對多芯光纖激光器理論知識方面進行研究,給出了人們研究多芯光纖激光器方面的理論指導(dǎo),并對其激光輸出建立了完整的理論模型。通過大量試驗及仿真證明激光器的光光轉(zhuǎn)換效率將隨著纖芯數(shù)目的增多而降低,比如說7芯光纖的轉(zhuǎn)換效率為70%,而19芯光纖的光光轉(zhuǎn)換效率則只有50%。Cheo等建立的稱合模理論還表明合成光束質(zhì)量將隨纖芯的增多、輸出功率的提高而下降。國內(nèi)的光纖激光器技術(shù)有著很快的發(fā)展,如北京交通大學(xué)、天津大學(xué)、國防科技大學(xué)等科研機構(gòu)和大學(xué)已經(jīng) 展了關(guān)于多芯光纖激光器的研究,并取得一定成果,但總體來說還處于探索階段。

多芯光纖拉制的工藝主要有兩種:一種是在芯層玻璃的棒體上套上外包層的玻璃管,之后送入乳高溫爐軟化拉制成光纖;另一種是用預(yù)制棒直接在高溫爐中加溫軟化拉制出光纖。

多芯光纖制作工藝與標(biāo)準(zhǔn)單芯光纖不同;主要有兩種制作技術(shù);第一種是多芯光纖嵌入光纖預(yù)制棒制作技術(shù),此方法除了預(yù)制棒制作工藝不同外,其光纖拉制方法與普通標(biāo)準(zhǔn)光纖的拉制過程相同,第二種稱為多相禍技術(shù),每一個纖芯都是由獨立的內(nèi)坦禍中引出,纖芯的數(shù)目及對應(yīng)位置分布通過纖芯內(nèi)it禍來加以調(diào)整,外謝禍引出的是包層材料,這樣多個內(nèi)琳禍引出的被外播禍引出的包層包裹,共同拉出的即是所謂的多芯光纖。

此外還有介紹的一種是光子晶體光纖(Multicore photonic crystal fiber)它是一種常見的多芯光纖,制作多芯光子晶體光纖的方法與制作單模光子晶體光纖的(PCF)方法一樣,都是先鉆孔后堆積的制造,唯一不同之處在于預(yù)制棒橫截面結(jié)構(gòu)的設(shè)計,通過改變纖芯的位置分布或改變空氣孔的比例可以獲得具有不同親合度的多芯光纖。

光纖結(jié)構(gòu)的不同決定了多芯光纖輸出不同的超模,多芯光纖超模模場分布和傳輸特性是多芯光纖研究和應(yīng)用中最重要的問題。關(guān)于多芯光纖的超模模場分布的研究及理論分析已經(jīng)有大量文獻分析過,分析結(jié)果表明多芯光纖的輸出模式是含有多個超級模式的混合模。

最常釆用的分析多芯光纖激光器的不同模式的理論是耦合模理論(Coupled, mode theory, CMT) 親合模理論可以對纖芯之間的親合過程進行解析的模擬仿真。如果多芯光纖各纖芯之間的親合較強的話,可以用多模干涉法(Multimode Interference,對其進行分析。另外常用的有限元分析法(Finite element method, FEM)求解多芯光纖中傳導(dǎo)的超模可以獲得很髙的精確度,。此外還有基于有限差分光束傳輸法(Beam propagationmetllod, 的數(shù)譚方法吾模理論具有可行性和精確性等優(yōu)點,適用于分析多芯的光纖結(jié)構(gòu),前面已經(jīng)提到過它一般只適用于弱稱合的情形,如果配合使用矢量親合模理論(VCMT)可以獲得更高精度的求解結(jié)果。已有可以模擬多芯光纖模場分布的軟件Cortisol、Rsoft、BeamPROP等,這些軟件可直接用來進行多芯光纖中模式傳導(dǎo)的模擬。.