Способ трёхмерной укладки активного волокна в модуле волоконного лазера и волоконный лазерный модуль для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК H01S3/67 

Область техники

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способу и устройству для размещения волокна накачки и активного волокна мощного волоконного лазера или усилителя излучения с накачкой активного волокна через боковую поверхность излучением волокна накачки, имеющими контакт боковых поверхностей и общую световедущую оболочку.

Предшествующий уровень техники

Высокомощные волоконные лазеры и усилители с накачкой лазерными диодами, благодаря высокой мощности выходного излучения от киловатта до десятков киловатт, компактному размеру, отсутствию юстируемых деталей, исключительной устойчивости к внешним механическим и климатическим воздействиям, и относительно низкой цене, находят широкое применение в самых разнообразных промышленных процессах: обработке материалов, маркировке деталей и изделий, резке и сварке металлов.

Эти устройства являются технологичными в изготовлении, имеют большой ресурс работы и практически не нуждаются в обслуживании при эксплуатации. Компонуются мощные волоконные лазеры объединением волоконных лазерных модулей киловаттного диапазона. Поэтому сам лазерный модуль - это основа мощного лазера и его мощностные характеристики определяют в целом суммарную выходную мощность волоконного лазера.

В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению выходной мощности волоконных лазеров за счет роста мощности лазерных модулей. При этом остро встает проблема отвода тепла от активного оптического волокна лазерного модуля, сердцевина которого легирована ионами редкоземельных элементов и подвергается накачке излучением из волокна накачки через общую оболочку. Чрезмерный нагрев оптических волокон может привести к нежелательным изменениям рабочих характеристик лазера (например, спектральных характеристик, эффективности усиления) и к повреждению полимерной волоконной оболочки, и в конце концов к перегоранию самого волокна.

В большинстве волоконных лазеров и волоконных усилителей активное оптическое волокно лежит на плоскости основания корпуса в виде спирали. При этом волокно может быть уложено в канавки, образованные в плоском дне металлического корпуса (например, CN 101867143, CN 115504323 A), либо на плоскую поверхность дна корпуса (например, EP 3766149 B1, US 8682126 B2).

В первом случае площадь, на которую укладывают волокно, не используется полностью, так как наличие промежутка между витками спирали не позволяет разложить волокно плотно. Это приводит либо к увеличению габаритов устройства, либо к снижению усиления при тех же габаритах, когда волокно плотно лежит в плоской спирали без канавок, а также сам процесс укладки становится более сложным, особенно, если требуется изменять на участках промежуток в шаге спирали или укладывать волокна разных диаметров.

Во втором случае, описанном в EP 3766149 B1 и в US 8682126 B2, повышение мощности лазера потребует увеличения площади теплоотводящей поверхности, что приводит к увеличению габаритов устройства. Кроме этого плавность линий изгибов волокна с одной стороны уменьшает лучевые потери из сердцевины активного волокна, но с другой стороны снижает эффективность передачи поперечных мод излучения накачки в сердцевину активного волокна при накачке через его боковую поверхность, когда активное волокно находится в контакте с волокном накачки в одной общей светоотражающей оболочке. Поэтому нужен не просто компромисс этих двух процессов, но и преобладание положительного эффекта от процесса поглощении поперечных мод накачки над вынужденными потерями излучения из активного волокна на его изгибах. Достичь это можно более совершенной конструкцией лазерного модуля и трёхмерным способом укладки активного волокна с волокном накачки, объединенных общей волоконной оболочкой. Целесообразно перейти от плоскостной укладки волокна к трёхмерной и, тем самым, за счет дополнительных изгибов волокна увеличить число поперечных мод накачки, которые поглощаются сердцевиной активного волокна. При этом тепловой поток с разогретых волокон только увеличится с ростом площади на рельефной поверхности, на которой укладывают активное волокно.

Краткое изложение существа изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача усовершенствования волоконного лазерного модуля киловаттного диапазона мощности и соответствующего способа размещения в нём, на трёхмерном основании металлического корпуса модуля, активного волокна с накачкой через боковую поверхность, а также функциональных волоконных устройств для обеспечения функционирования лазерного модуля с внешними волоконными устройствами. Изобретение позволит повысить эффективность передачи мощности излучения накачки в сердцевину активного волокна за счет роста числа поперечных мод на дополнительных трёхмерных изгибах многомодового волокна накачки на рельефных участках трёхмерной поверхности основания, а также увеличить площадь теплоотводящей поверхности по сравнению с плоским исполнением за счет её кривизны.

Технический результат заключается в повышении выходной мощности волоконного лазерного модуля, в более эффективном возбуждении сердцевины активного волокна поперечными модами накачки за счёт трёхмерной укладки волокна, в росте эффективности теплоотведения.

Поставленная задача решается и технический результат достигается благодаря тому, что волоконный лазерный модуль содержит:

- корпус из металла с выполненными плоскими основанием и крышкой с по меньшей мере одним периферийным окном для ввода/вывода внешних волокон, при этом часть внутренней поверхности плоского основания корпуса, предназначенная для размещения активного волокна, имеет искривленный участок поверхности в виде двух и более гребней волнообразных в радиальном сечении концентрических элементов;

- активное волокно, легированное в сердцевине одним из ряда редкоземельных элементов; многомодовое волокно накачки, заключенные в общие с активным волокном световедущую и защитную оболочки;

- волоконный функциональный элемент, предназначенный для связи внутренних и внешних волокон лазерного модуля через периферийное окно корпуса, по меньшей мере один из списка: объединитель волокон накачки, сварной элемент, волоконная решетка, оптический фильтр, внешнее волокно, брегговская волоконная решетка;

- слой фиксирующего клея и слой полимера для заливки содержимого в лазерном модуле.

Предпочтительно волнообразные концентрические элементы выполнены в форме подобия окружности или эллипса, или фигуры со скругленными углами, или квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или спирали, причем радиальное сечение трёхмерных концентрических элементов имеет синусоподобный участок поверхности, предназначенный для укладки активного волокна, с амплитудой в диапазоне от 0,1 до 3 мм, с периодом не менее двух диаметров наружной оболочки.

Предпочтительно волнообразные концентрические элементы выполнены выпуклыми и вогнутыми.

Предпочтительно корпус выполнен из алюминия и/или его сплавов.

Предпочтительно часть корпуса покрыта защитным окислом, и/или оптически поглощающим покрытием, и/ или отражающим, и/или имеет золоченую внутреннюю поверхность.

Предпочтительно лазерный модуль содержит комбинацию оптических волокон, включающую одномодовое, и/или маломодовое, и/или многомодовое оптическое волокно.

Также поставленная задача решается и технический результат достигается путем создания способа трёхмерной укладки активного волокна в модуле волоконного лазера/усилителя, содержащего этапы, на которых:

- наносят на основание корпуса лазерного модуля фиксирующий слой клея;

- активное волокно, легированное в сердцевине одним из ряда редкоземельных элементов, и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически по спирали на покрытую клеем рельефную часть поверхности основания корпуса волоконного лазерного модуля, форма которой выполнена в виде двух и более волнообразных концентрических элементов;

- активное волокно сваривают с волоконным функциональным элементом, который содержит по меньшей мере один элемент из списка: объединитель волокон накачки, сварной элемент, волоконная решетка, оптический фильтр, внешнее волокно, брегговская волоконная решетка;

- корпус заполняют полимером.

Предпочтительно активное волокно и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически с круговыми элементами по спирали виток к витку и/или с промежутком на участке с повышенным выделением тепла.

Предпочтительно активное волокно и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически на волнообразные концентрические элементы, выполненные в форме подобия окружности или эллипса, или фигуры со скругленными углами, или квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или спирали, причем радиальное сечение концентрических элементов имеет синусоподобный участок поверхности с амплитудой в диапазоне от 0,1 до 3 мм, с периодом не менее двух диаметров внешней оболочки активного волокна.

Предпочтительно активное волокно и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически на волнообразные концентрические элементы, которые выполнены выпуклыми и вогнутыми.

Эти и другие предпочтительные варианты и преимущества основных вариантов изобретения подробно обсуждаются ниже. Более того, следует понимать, что как вышеизложенная информация, так и последующее подробное описание являются просто иллюстративными примерами различных аспектов и вариантов осуществления и предназначены для обеспечения обзора или основы для понимания природы и характера заявленных вариантов осуществления.

Варианты реализации, раскрытые в настоящем документе, могут быть объединены с другими вариантами реализации и ссылками на «вариант реализации», «пример», «некоторые варианты реализации», «некоторые примеры», «альтернативный вариант реализации», «различные варианты реализации», «один вариант осуществления», « по меньшей мере один вариант осуществления», «этот и другие варианты осуществления», «некоторые варианты осуществления» и т.п. не обязательно являются взаимоисключающими и предназначены для указания того, что конкретный признак, структура или характеристика могут быть осуществлены.

Описанное может быть включено по меньшей мере в один вариант осуществления.

Волоконный лазерный модуль обеспечивает более термостабильный режим работы при усилении лазерного излучения киловаттного диапазона мощности за счёт увеличения площади теплосъёма на рельефной поверхности, по сравнению с плоской. Наличие рельефной поверхности в контакте с волокном приводит к увеличению площади теплоотводящей поверхности, что повышает эффективность теплоотведения. Волнообразная синосоподобная форма части поверхности основания корпуса волоконного лазерного модуля, предназначенная для укладки оптических волокон, позволяет уложить оптические волокна без резких изломов на гребнях и впадинах волнообразных концентрических элементов, концентрически с ними. А наличие многократных трехмерных изгибов волокна в горизонтальном и вертикальном направлении на волнообразных концентрических элементах, с выпуклыми и вогнутыми участками, обеспечивает более эффективную передачу поперечных мод излучения накачки в сердцевину активного оптического волокна, которая содержит ионы редкоземельных элементов. Это дополнительное возбуждение ионов поперечными модами излучения накачки приводит к росту усиления лазерного излучения на фундаментальной длине волны иона редкоземельных элементов. Например, для иона Yb в диапазоне 1000-1100 нм, для иона Er в диапазоне 1460-1640 нм, для ионов Tu в диапазоне 1900-2000 нм. Наиболее мощными получаются иттербиевые волоконные лазеры.

Отметим, что отсутствие резких перегибов активного волокна поперёк (по диаметру) гребней и впадин, приводит к отсутствию нежелательных излучательных потерь на них. Поэтому процесс накачки поперечными модами на плавных трёхмерных изгибах в ложбинках и на гребнях (вдоль них, а не поперёк) преобладает над потерями в сердцевине активного волокна, что увеличивает инверсию населённости возбуждённых ионов редкоземельных элементов. Это обстоятельство и приводит к росту усиления мощности лазерного излучения на выходе, то есть эффект достигается за счёт увеличения общего числа трёхмерных изгибов волокна, что приводит к росту числа пересечений мод многомодового волокна накачки и сердцевины (одномодового, маломодового или многомодового) активного волокна, доля возбужденных ионов растет, растет и выходная мощность. Увеличение мощности за счёт такой укладки может достигать 5 - 6 % по сравнению с укладкой волокна на плоское основание.

Краткое описание чертежей

Различные признаки по меньшей мере одного варианта осуществления обсуждаются ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры, которые не предназначены для изображения в масштабе. Фигуры включены для иллюстрации и дальнейшего понимания различных аспектов и вариантов реализации, они включены в данное описание и составляют его часть, но не предназначены для определения ограничений какого-либо конкретного варианта реализации. Чертежи вместе с остальной частью описания служат для пояснения принципов и работы описанных и заявленных признаков и вариантов реализации.

На фигурах каждый идентичный или почти идентичный компонент, показанный на различных фигурах, имеет одинаковый номер. Для ясности не каждый компонент может быть обозначен на каждой фигуре.

Изобретение проиллюстрировано чертежами, где на

фиг. 1 представлена часть схемы волоконного лазера/усилителя и компонент волоконного лазерного модуля (основание корпуса выделено пунктиром);

фиг. 2 представлена схема поперечного расположения активного оптического волокна в контакте с волокном накачки, окруженных общей оболочкой;

фиг. 3 представлена схема укладки оптических волокон и волоконных функциональных элементов на основание корпуса волоконного лазерного модуля;

фиг. 4 представлен вид сверху на различные конфигурации рельефной части поверхности основания корпуса лазерного модуля: круги, прямоугольники с закругленными углами, овалы, овалы с вогнутыми частями, спираль;

фиг. 5 представлены со снятой крышкой два лазерных модуля до заливки полимером и после заливкой;

фиг. 6 представлен корпус волоконного лазерного модуля с крышкой и волнообразной структурой поверхности.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Мощный волоконный лазер (фиг. 1) включает коллиматор 1, лазерные диоды 2, выходное многомодовое волокно лазерного диода 3, волоконный лазерный модуль 4 (основание 5 корпуса лазерного модуля выделено пунктиром), в состав которого входят активное оптическое волокно 6 с накачкой через боковые стороны многомодовым волокном 7, волокна 6 и 7 объединены общей отражающей оболочкой 8 и защищены наружной оболочкой 9 (фиг. 2), волоконный объединитель (каплер) 10, брэгговская волоконная решётка - глухое зеркало 11, брэгговский волоконный фильтр 12, волоконный сварной элемент 13.

Волоконный лазерный модуль 4 содержит корпус из металла, например из алюминия или его сплавов. Выбор металла корпуса обусловлен необходимостью не допустить нагрев элементов волоконного лазерного модуля выше температуры, при которой происходит ухудшение оптических характеристик устройства, типично температура не превышает 80°С. Корпус (фиг. 3, а)) имеет стенки 14, плоское основание 5 и крышку (на фиг.3 не показана) с по меньшей мере одним периферийным окном для ввода/вывода внешних волокон. Часть внутренней поверхности плоского основания 5 корпуса, предназначенная для размещения активного оптического волокна 6, имеет рельефную поверхность в виде волнообразных двух и более концентрических элементов 15. Сечение концентрического элемента 15 в радиальном направлении имеет синусоподобный участок поверхности с амплитудой в диапазоне от 0,1 до 3 мм, с периодом не менее двух, оптимально четырех - пяти диаметров наружной оболочки 9. Величина амплитуды зависит от вида активного волокна с боковой накачкой, от его внешнего диаметра и диаметра его сердцевины, т. е. от количества мод передаваемых по волокну - от одной до многомодовости. Значения указанных параметров определяются эмпирически и должны подбираться для каждого конкретного исполнения волоконного лазерного модуля.

Количество концентрических волнообразных элементов 15 зависит от длины укладываемого активного оптического волокна 6. В мощных волоконных лазерных модулях киловаттного диапазона, например в трёхкиловаттных длина активного оптического волокна составляет около 20 м. Форма концентрических участков может быть разной (фиг. 4). Выбор формы определяется теми же целями, что и выбор амплитуды. Чем больше плавных искривлений испытывает активное волокно с боковой накачкой, тем больше возникает поперечных мод накачки и процесс возбуждения сердцевины активного волокна идёт эффективнее. Этому способствует наличие вогнутых и выпуклых участков на концентрических элементах. На этих участках волокно имеет радиус скругления меньше, чем на плоских, что и приводит к положительному эффекту - росту поперечных мод накачки и, соответственно, больше излучения проникает в сердцевину активного оптического волокна. В стенке 14 корпуса у основания 5 расположено периферийное оптическое окно 16, предназначенное для ввода/вывода внешних волокон, которые соединены с волоконными функциональными элементами, что обеспечивает работу волоконного лазерного модуля. К ним относятся: волоконный объединитель 10 от лазерных диодов 2 с волоконными выходами, сварной элемент 13 для соединения волокон после сварки, брэгговская волоконная решетка - волоконное зеркало 11 и брэгговский волоконный фильтр 12 для фильтрации излучения накачки и генерации, внешнее волокно для ввода и вывода излучения. Функциональные элементы укладывают на клей и заливают полимером, часто с наполнителем в виде алюминиевой пудры, для фиксации и лучшего теплоотвода. Сам волоконный лазерный модуль 4 имеет наружное плоское основание для крепежа на радиатор охлаждения (на фиг.3 не показан).

На рельефный волнообразный участок D2-D1 (фиг. 3, а)) с концентрическими элементами 15 поверхности основания корпуса 5 уложены спиралью заключенные в общую оболочку 8 контактирующие боковыми сторонами активное оптическое волокно 6 и волокно накачки 7. В качестве активного оптического волокна 6 используют кварцевое волокно, легированное ионами редкоземельных элементов с сердцевиной диаметром от 10 до 100 мкм для мощных киловаттных волоконных лазеров/усилителей. В качестве волокна накачки 7 используют кварцевое многомодовое волокно с диаметром сердцевины более 100 мкм. Активное оптическое волокно 6 может быть одномодовое и/или маломодовое, и/или многомодовое. Выбор вида волокна определяется требуемой выходной мощностью. Каждое волокно из общей оболочки 9 сваривают с волоконным функциональным элементом и/или с внешним, по отношению к основанию, волокном. Волокна 6, 7, расположенные в общей отражающей оболочке 8 и защищенные наружной полимерной оболочкой 9, укладывают на рельефную поверхность основания 5 лазерного модуля по спирали виток к витку, либо с промежутком между витками, либо частично виток к витку, частично с промежутком между витками. Выбор способа укладки волокон 6, 7 в оболочке 9 зависит от конструкции волоконного лазерного модуля и его мощностных характеристик. Для лучшей фиксации волокна на волнообразной поверхности основания корпуса 5 могут быть выполнены канавки (фиг. 3, б)).

Основание корпуса 5 покрыто слоем клея, (например, вязким клеящим силиконовым гелем, способным удерживать элементы на плоской поверхности основания), предназначенным для фиксации оболочки 9 и функциональных элементов на поверхности основания корпуса 5.

Герметизируют элементы волоконного лазерного модуля слоем полимера до уровня 16, иногда с наполнителем в виде порошка алюминия, для фиксации всех элементов и улучшения теплоотвода, например, используют полимер на силиконовой основе BeGel 8606.

Химическим или электро-химическим способом покрывают основание корпуса 5, внутри и снаружи защитным слоем, и/или оптически поглощающим покрытием, и/или отражающим, и/или золотят изнутри для максимальной теплопроводности и отражающей способности. Отражение излучения от поверхности внутри корпуса способствует росту накачки активного оптического волокна, а поглощающий слой внутри или снаружи, например образовавшийся в результате чернения, способствует росту рассеяния тепла и теплоотводу. Выбор покрытия определяется техническими требованиями к волоконному лазерному модулю.

На фиг. 5 представлен волоконный лазерный модуль со снятой крышкой с выходной мощностью 3 кВт с уложенным активным оптическим волокном на рельефную поверхность основания до заливки полимером и после заливки. Диаметр корпуса волоконного лазерного модуля, представленного на фиг.5, составляет 0,3 м. Функциональные элементы размещены в плоской части основания. Прирост мощности по сравнению с укладкой волокна на плоскую поверхность составил 5,5%. Корпус волоконного лазерного модуля, показанного на фиг. 5, выполнен из алюминиевого сплава. Внутренняя и наружная поверхность корпуса оксидирована. Часть внутренней поверхности плоского основания 5 корпуса, предназначенная для размещения активного оптического волокна 6, имеет рельефную поверхность в виде двух концентрических волнообразных элементов 15. Сечение кругового элемента в радиальном направлении имеет синусоподобный участок поверхности и амплитуду 0,5 мм. На поверхности основания 5 корпуса в плоской части расположены сварные элементы 13 с внешними входным и выходным волокном, волоконные объединители (каплеры) 10 выходных волокон 3 от лазерных диодов 2, брэгговская волоконная решетка - глухое зеркало 11, брэгговский волоконный фильтр 12. На рельефный волнообразный участок поверхности основания корпуса 5 уложены спиралью заключенные в общую оболочку 8, защищенную наружной оболочкой 9 диаметром 600 мкм, контактирующие боковыми сторонами оптическое активное волокно 6 с диаметром сердцевины 20-50 мкм и многомодовое волокно накачки 7 с диаметром сердцевины 100 мкм. Указанные волокна 6, 7 уложены на рельефном участке, на волнообразные элементы 15 основания корпуса 5 виток к витку на участке D2-D1 (см. фиг. 3, а)), где D2 = 290 мм, D1 = 260 мм, или в канавку, как показано на фиг. 3, б), с шагом d =2 мм, и периодом гребней синусоподобной поверхности L = 15 мм.

Основание корпуса 2 покрыто слоем клея SilGel 612 (A+B).

Герметизировано содержимое волоконного лазерного модуля заливкой слоем полимера BeGel 8606. Для увеличения теплопроводности и теплообмена с корпусом в полимер добавлена алюминиевая пудра.

Далее в качестве примера использования изобретения представлено техническое описание мощного волоконного лазерного модуля для трехмерной укладки активного волокна YFB-213-3D (фиг. 6).

Волоконный лазерный модуль YFB-213-3D предназначен для преобразования излучения на заданную длину волны ионов иттербия 1060-1070 нм. Волоконный лазерный модуль используется в составе волоконного лазера, работающего на фиксированной длине волны 1070 нм. В качестве активной среды применяется стеклянное (кварцевое) волокно, активированное ионами иттербия.

В состав волоконного лазерного модуля входят волоконные брэгговские решетки, выполняющие функции зеркал. Эти зеркала и активная среда в волокне образуют оптический резонатор, в котором происходит усиление света на рабочей длине волны 1070 нм.

Волоконный лазерный модуль имеет следующие волоконные выводы:

- выводы, предназначенные для подсоединения внешних источников излучения накачки (полупроводниковых лазерных диодов), не входящих в состав волоконного модуля,

- вывод, предназначенный для выхода лазерного излучения,

- вывод для присоединения внешнего датчика оптической мощности.

Технические характеристики волоконного лазерного модуля следующие:

- активное вещество волокна - ионы иттербия,

- режим работы - непрерывная генерация,

- рабочая длина волны - фиксированная, 1070 нм,

- выходная мощность - 2070 Вт,

- число выводов накачки - 18,

- тип объединителя - FC-9/1,

- тип и длина неактивированного световода, в том числе накачки - PF-031, 4 м,

- тип и длина активированного ионами иттербия сердцевины световода - YF-087, 18 м,

- диаметр волокна накачки - 250 мкм,

- диаметр оболочки активного волокна - 125 мкм,

- диаметр сердцевины активного волокна - 19 мкм,

- наружный диаметр волокна 500…700 мкм,

- тип корпуса - FT-40 (250 мм),

- предельная температура корпуса 80°С,

- масса - 850 г.

Волоконный лазерный модуль состоит из:

- тонкостенного металлического корпуса FT-40 из оксидированного алюминиевого сплава,

- оптической волоконной схемы, размещенной в корпусе и залитой полимерным компаундом.

Для фиксации волокна и функциональных элементов используется липкий слой клея - SilGel 612 (A+B), а для заливки полимер - СИЭЛ 159-254 M-1.

Плоский корпус волоконного модуля изготавливается путем фрезерования, волнообразная поверхность - на станке с ЧПУ, и представляет собой закрытую крышкой плоскую конструкцию (фиг.6).

Число концентрических круговых элементов 4, шаг L=20 мм, амплитуда 1 мм.

Прирост выходной мощности 6% по сравнению размещением активного волокна на плоской поверхности.

Промышленная применимость

Волоконный лазерный модуль и предложенный способ трёхмерной укладки активного волокна могут быть использованы в усилителях оптического сигнала, в мощных волоконных лазерах, которые находят применение в промышленности. Они подходят для задач, требующих большой мощности и высокой точности, таких как резка толстых металлических листов, сварка крупногабаритных деталей и обработка материалов с высокими требованиями к качеству реза.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к способу и устройству для размещения волокна накачки и активного волокна мощного волоконного лазера или усилителя излучения. Волоконный лазерный модуль содержит корпус из металла с выполненными плоскими основанием и крышкой с по меньшей мере одним периферийным окном для ввода/вывода внешних волокон, при этом часть внутренней поверхности плоского основания корпуса, предназначенная для размещения активного волокна, имеет участок с рельефной поверхностью в виде двух и более гребней волнообразных в радиальном сечении концентрических элементов; активное волокно, легированное в сердцевине одним из ряда редкоземельных элементов, и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки; волоконный функциональный элемент, предназначенный для связи внутренних и внешних волокон лазерного модуля через периферийное окно корпуса; слой фиксирующего клея и слой полимера для заливки содержимого в лазерном модуле. Технический результат - повышение выходной мощности волоконного лазерного модуля, более эффективное возбуждение сердцевины активного волокна поперечными модами накачки, рост эффективности теплоотведения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Волоконный лазерный модуль, содержащий корпус из металла с выполненными плоскими основанием и крышкой с по меньшей мере одним периферийным окном для ввода/вывода внешних волокон, при этом часть внутренней поверхности плоского основания корпуса, предназначенная для размещения активного волокна, имеет участок с рельефной поверхностью в виде двух и более гребней волнообразных в радиальном сечении концентрических элементов; активное волокно, легированное в сердцевине одним из ряда редкоземельных элементов, и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки; волоконный функциональный элемент, предназначенный для связи внутренних и внешних волокон лазерного модуля через периферийное окно корпуса, по меньшей мере один из списка: объединитель волокон накачки, сварной элемент, волоконная решетка, оптический фильтр, внешнее волокно, брегговская волоконная решетка; слой фиксирующего клея и слой полимера для заливки содержимого в лазерном модуле.

2. Волоконный лазерный модуль по п. 1, отличающийся тем, что волнообразные концентрические элементы выполнены в форме подобия окружности или эллипса, или фигуры со скругленными углами, или квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или спирали.

3. Волоконный лазерный модуль по п. 1, отличающийся тем, что радиальное сечение концентрических элементов имеет синусоподобный участок поверхности, предназначенный для укладки активного волокна с амплитудой в диапазоне от 0,1 до 3 мм, с периодом не менее двух диаметров наружной оболочки.

4. Волоконный лазерный модуль по п. 1, отличающийся тем, что волнообразные концентрические элементы выполнены выпуклыми и вогнутыми, а корпус выполнен из алюминия и/или его сплавов.

5. Волоконный лазерный модуль по п. 1, отличающийся тем, что часть корпуса покрыта защитным окислом, и/или оптически поглощающим покрытием, и/или отражающим, и/или имеет золоченую внутреннюю поверхность.

6. Волоконный лазерный модуль по п. 1, отличающийся тем, что лазерный модуль содержит комбинацию оптических волокон, включающую одномодовое, и/или маломодовое, и/или многомодовое оптическое волокно.

7. Способ трёхмерной укладки активного волокна в модуле волоконного лазера, содержащий этапы, на которых:

- наносят на основание корпуса волоконного лазерного модуля фиксирующий слой клея;

- активное волокно, легированное в сердцевине одним из ряда редкоземельных элементов, и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически по спирали на фиксирующий слой клея на рельефную часть поверхности основания корпуса волоконного лазерного модуля, форма которой выполнена в виде двух и более волнообразных концентрических элементов;

- активное волокно сваривают с волоконным функциональным элементом, который содержит по меньшей мере один элемент из списка: объединитель волокон накачки, сварной элемент, волоконная решетка, оптический фильтр, внешнее волокно, брегговская волоконная решетка;

- корпус заполняют полимером.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активное волокно и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически по спирали виток к витку и/или с промежутком на участке с повышенным выделением тепла.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активное волокно и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически на волнообразные концентрические элементы, выполненные в форме подобия окружности или эллипса, или фигуры со скругленными углами, или квадрата, или прямоугольника, или многоугольника, или спирали, причем радиальное сечение концентрических элементов имеет синусоподобный участок поверхности с амплитудой в диапазоне от 0,1 до 3 мм, с периодом не менее двух диаметров внешней оболочки активного волокна.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активное волокно и многомодовое волокно накачки, заключенные в общие световедущую и защитную оболочки, укладывают концентрически на волнообразные концентрические элементы, которые выполнены выпуклыми и вогнутыми.