一种采用液芯光纤的激光除垢装置及方法

本发明提供了一种采用液芯光纤的激光除垢装置，支撑机构(1)、光纤管收缩机构(2)、液芯填充机构(3)、转向机构(4)、对焦清洗机构(5)，其特征在于：所述支撑机构(1)包括轨道支架(1.2)，所述光纤管收缩机构的卷轴(2.2)一端与液压马达(2.1)相连，另一端与卷筒(2.3)连接；所述的液芯填充机构(3)包括液芯输送系统(3.1)，液体通过液体贯穿件(3.2)、输入管道(3.3)进入柔性光纤管(4.1)内的液囊中；所述的转向机构(4)为柔性光纤管(4.1)；所述的对焦清洗机构(5)包括激光发生器(5.1)，激光发生器(5.1)激光经柔性光纤管(4.1)后，能够到达预定的除垢位置。本发明的抗辐射柔性激光清洗装置，柔性光纤管不使用时可以通过液压马达带动卷筒卷起来，因此，占用体积小，方便进入现场工作，故障率低、可靠高。

与单芯光纤激光器相比多芯光纤激光器有着更大的有效模场面积,有利于提高光束的输出功率。多芯光纤激光器因各个纤芯之间互相称合直接形成超模传导因为各个纤芯之间的距离已定,所以纤芯之间的相位差已经锁定,同时纤芯之间的离散分布有利于` 响I。多芯光纤的出现为高功率激光输出光纤激光器的实现提供又一种可能。因为多芯光纤激光器具备其它光纤难以比拟的独特优势,国外很多知名研究机构展开了大量的理论和试验研究,例如美国Arizona大学、PC Photonics、英国QinctiQ和俄罗斯Troitsk新技术研究中心等。已有大量关于7芯、19芯、37芯等不同纤芯数目和不同结构的多芯光纤激光器研究报道。

2001年,P.K.Cheo等人报道了七芯光纤激光锁相输出的详细情况。整个光纤的光束质量较好,其中输出总功率超过5 同相超模数值孔径NA为0.15,光束质量因子M2<1.2,斜效率为65.2%,远场中央主瓣功率超过总功率的80%[31]。2004年,Cheo等人对19芯光纤进行试验,输出功率超过100 W,远场光束质量因子为M2为1.5,这个值接近同相超模光束质量理论值。

2005年,L.MichaiUe等人对六芯光子晶体光纤进行试验,实现激光的锁相输出,其斜效率为649^,合成光束远场发散角小于衍射极限的1.1倍左右。2006年,Michaille等人又对18芯光子晶体光纤进行试验,实现激光的锁相输出,具体数值为平均功率65 W,斜效率为46%,合成光束场发散角是衍射极限的1.2倍左右。并且通过实验验证了激光器效率随纤芯数目增多而降低。

Y.HUO等人主要对多芯光纤激光器理论知识方面进行研究,给出了人们研究多芯光纤激光器方面的理论指导,并对其激光输出建立了完整的理论模型。通过大量试验及仿真证明激光器的光光转换效率将随着纤芯数目的增多而降低,比如说7芯光纤的转换效率为70%,而19芯光纤的光光转换效率则只有50%。Cheo等建立的称合模理论还表明合成光束质量将随纤芯的增多、输出功率的提高而下降。国内的光纤激光器技术有着很快的发展,如北京交通大学、天津大学、国防科技大学等科研机构和大学已经 展了关于多芯光纤激光器的研究,并取得一定成果,但总体来说还处于探索阶段。

多芯光纤拉制的工艺主要有两种:一种是在芯层玻璃的棒体上套上外包层的玻璃管,之后送入乳高温炉软化拉制成光纤;另一种是用预制棒直接在高温炉中加温软化拉制出光纤。

多芯光纤制作工艺与标准单芯光纤不同;主要有两种制作技术;第一种是多芯光纤嵌入光纤预制棒制作技术,此方法除了预制棒制作工艺不同外,其光纤拉制方法与普通标准光纤的拉制过程相同,第二种称为多相祸技术,每一个纤芯都是由独立的内坦祸中引出,纤芯的数目及对应位置分布通过纤芯内it祸来加以调整,外谢祸引出的是包层材料,这样多个内琳祸引出的被外播祸引出的包层包裹,共同拉出的即是所谓的多芯光纤。

此外还有介绍的一种是光子晶体光纤(Multicore photonic crystal fiber)它是一种常见的多芯光纤,制作多芯光子晶体光纤的方法与制作单模光子晶体光纤的(PCF)方法一样,都是先钻孔后堆积的制造,唯一不同之处在于预制棒横截面结构的设计,通过改变纤芯的位置分布或改变空气孔的比例可以获得具有不同亲合度的多芯光纤。

光纤结构的不同决定了多芯光纤输出不同的超模,多芯光纤超模模场分布和传输特性是多芯光纤研究和应用中最重要的问题。关于多芯光纤的超模模场分布的研究及理论分析已经有大量文献分析过,分析结果表明多芯光纤的输出模式是含有多个超级模式的混合模。

最常釆用的分析多芯光纤激光器的不同模式的理论是耦合模理论(Coupled, mode theory, CMT) 亲合模理论可以对纤芯之间的亲合过程进行解析的模拟仿真。如果多芯光纤各纤芯之间的亲合较强的话,可以用多模干涉法(Multimode Interference,对其进行分析。另外常用的有限元分析法(Finite element method, FEM)求解多芯光纤中传导的超模可以获得很髙的精确度,。此外还有基于有限差分光束传输法(Beam propagationmetllod, 的数谭方法吾模理论具有可行性和精确性等优点,适用于分析多芯的光纤结构,前面已经提到过它一般只适用于弱称合的情形,如果配合使用矢量亲合模理论(VCMT)可以获得更高精度的求解结果。已有可以模拟多芯光纤模场分布的软件Cortisol、Rsoft、BeamPROP等,这些软件可直接用来进行多芯光纤中模式传导的模拟。.