CN108929048A - 一种用于光纤涂层固化的激光装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于光纤涂层固化的激光装置，包括圆筒形固定座和沿圆筒形固定座内壁圆周均匀设置的多条激光发生器阵列，光纤石英管穿射于圆筒形固定座的圆心且激光发生器阵列与光纤石英管的距离小于10cm。本发明还公开了这种用于光纤涂层固化的激光系统，将控制检测装置与蓝宝石激光发生器电性连接，并在显示操作面板上显示检测结果和调整。本发明选用蓝宝石介质产生适合于光纤涂覆固化最佳波段385～400nm的激光，具有固化效果良好、高效节能环保和结构紧凑的特点，实现了实时、高效和准确控制。

Description

一种用于光纤涂层固化的激光装置及系统

技术领域

本发明涉及通讯领域，特别涉及一种用于光纤涂层固化的激光装置及系统。

背景技术

从预制棒到光纤的过程称为拉丝过程，拉丝过程包括预制棒高温软化、高速拉丝、光纤冷却、涂覆、固化以及收线等过程。由于裸光纤为脆性材料，在裸光纤表面进行涂覆，可以有效增加光纤韧性和强度。常见的光纤涂层分类有紫外线光固化预涂覆层和热固化光纤预涂覆层，而紫外固化具有固化速度快、产品性能好、生产成本低的优点而更适合高速拉丝。

丙烯酸酯树脂是目前应用最广泛、用量最大的光固化低聚物，其光固化速度在各类低聚物中是最快的，而且其固化后的涂膜具有硬度高、光泽度好、耐腐蚀性能、耐热性及电化学性优异等特点；此外，丙烯酸酯原料来源广，价格低廉，合成工艺简单，因此是光固化涂料中用量最多的光感性树脂之一。

目前光纤涂层固化装置采用两种方式，第一种是使用磁控管发出微波，激发汞灯内部特殊分子激发到激发态进行发光，这种固化装置比较成熟，但灯管和磁控管有使用寿命，成本比较高；能源转换比低，耗能；而且对环境有污染；第二种为LED固化技术，能耗低，芯片寿命为2万小时，但是核心技术仍掌握在韩国、日本、美国等国，成本高。

发明内容

为了解决现有技术中光纤涂层光固化的光源寿命低、能耗高的问题，本发明选用沿圆周均匀设置的蓝宝石介质产生适合于光纤涂覆固化最佳波段385～400nm的激光，提供了一种用于光纤涂层固化的激光装置及系统。所述技术方案如下：

一方面，本发明公开了一种用于光纤涂层固化的激光装置，包括圆筒形固定座和沿圆筒形固定座内壁圆周均匀设置的多条激光发生器阵列，光纤石英管穿射于圆筒形固定座的圆心且激光发生器阵列与光纤石英管的距离小于10cm。

进一步地，每条激光发生器阵列包括若干个激光发生器单元，且激光发生器阵列设置于圆筒形固定座内壁的反射片上。

更进一步地，每个激光发生器单元包括若干个蓝宝石激光发生器，且所述激光发生器单元相对于光纤石英管的外部包覆设置有短波通滤光片。

其中，所述蓝宝石激光发生器包括蓝宝石激光管、光学镜片组和狭缝。

优选地，所述蓝宝石激光管包括掺钛蓝宝石和激发光源。

进一步地，所述蓝宝石激光管能够发射出激光线，所述激光线经过所述光学镜片组形成散射平行光线，上述散射平行光线经过短波通滤光片，通射出385-400波段的激光。

优选地，所述激光发生器阵列与光纤石英管距离小于1cm。

另一方面，本发明还公开了一种用于光纤涂层固化的激光系统，包括控制检测装置、显示操作面板和上述的用于光纤涂层固化的激光装置。

其中，控制检测装置与用于光纤涂层固化的激光装置中的蓝宝石激光发生器相连，用于控制和检测激光强度；显示操作面板与控制检测装置相连，用于显示和调节激光强度。

进一步地，所述控制检测装置与所述蓝宝石激光发生器电性连接，所述显示操作面板与所述控制检测装置电性连接或无线信号交互连接。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1)本发明中光纤涂料固化原理为紫外光固化，涂层需要吸收特定波段的紫外光发生铰链反应达到固化的目的；本发明采用蓝宝石激光，利用蓝宝石这一优良的激光介质，具有良好的热传导和机械性能，较高的饱和通量和较宽的波长调节范围(670nm～1200nm)的特点；

2)本发明选用蓝宝石介质产生激光，并用短波通滤光片将适合于光纤涂覆固化最佳波段385～400nm的激光通滤出来照射光纤石英管表面；

3)本发明采用激光作为固化涂层的光源，相对于传统的使用磁控管发出微波，激发汞灯内部特殊分子激发到激发态进行发光的固化装置，寿命长，长期使用成本低，能源转换比高，环保高效节能；相对于LED光源成本低廉，跨越了外国技术壁垒；

4)本发明采用在圆筒形固定座内壁圆周均匀设置多条激光发生器阵列的光源排布方式，使得光纤石英管的外表面所照射的光源稳定、均匀；

5)本发明中激光发生器阵列与光纤石英管的距离小于10cm，优选为1cm，用以保证激光光源足够的光照强度，使得固化效果良好；

6)本发明中每条激光发生器阵列包括若干个激光发生器单元，每个激光发生器单元包括若干个蓝宝石激光发生器，这种将蓝宝石激光发生器分组设置的方式使得蓝宝石激光发生器的组合灵活多变，可根据实际需要进行调整；

7)本发明将激光发生器阵列设置于圆筒形固定座内壁的反射片上，减少能量散失；

8)本发明公开的激光器控制系统，控制检测装置实时、准确地检测到激光强度，操作人员可以在现实操作界面跟踪和调整激光器发光强度，多模块集成式、自动化的控制系统保证了激光涂层固化的高效、节能和自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于光纤涂层固化的激光装置的俯视结构示意图；

图2是本发明实施例提供的用于光纤涂层固化的激光装置的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例提供的用于光纤涂层固化的激光装置中的蓝宝石激光发生器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的用于光纤涂层固化的激光装置的拉丝速度与固化度关系示意图；

图5是本发明实施例提供的用于光纤涂层固化的激光系统的结构示意图；其中附图标记表示为：1-圆筒形固定座，2-激光发生器阵列，3-光纤石英管，4-激光发生器单元，5-反射片，6-蓝宝石激光发生器，7-短波通滤光片，8-蓝宝石激光管，9-光学镜片组，10-狭缝，11-掺钛蓝宝石，12-激发光源，13-激光线，14-激光装置，15-检测控制装置，16-显示操作面板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

本发明实施例公开了一种用于光纤涂层固化的激光装置14，如图1所示，包括圆筒形固定座1和沿圆筒形固定座1内壁圆周均匀设置的三条激光发生器阵列2，三条激光发生器阵列2分别间隔120°。采用在圆筒形固定座内壁圆周均匀设置多条激光发生器阵列的光源排布方式，使得光纤石英管的外表面所照射的光源稳定、均匀。

光纤石英管3穿射于圆筒形固定座1的圆心且激光发生器阵列2与光纤石英管3的距离为1cm。在具体实施例中，会选择激光发生器阵列2与光纤石英管3的距离小于10cm，以保证足够的激光照射强度，满足光纤涂层固化的需要。

进一步地，如图2所示，每条激光发生器阵列2包括5个激光发生器单元4，且激光发生器阵列2设置于圆筒形固定座1内壁的反射片5上。在具体实施例中，每条激光发生器阵列所包括的激光发生器单元的个数可根据实际需要进行数量调整，可以为不为零的任何整数值。而反射片5的设置可以减少能量散失，一定程度上使得本发明激光装置具备节能的特点。

更进一步地，每个激光发生器单元4包括5个蓝宝石激光发生器6，且激光发生器单元4相对于光纤石英管3的外部包覆设置有短波通滤光片7。

在具体实施例中，每个激光发生器单元所包括的蓝宝石激光发生器的个数可根据实际需要进行数量调整，可以为不为零的任何整数值。这种将蓝宝石激光发生器分组设置的方式使得蓝宝石激光发生器的组合灵活多变，可根据实际需要进行调整。

而短波通滤光片7的设置使得蓝宝石激光中选择性通射出385-400波段的激光，这个波段正好是紫外光照射光纤涂层固化的最佳波段，使得固化高效、节能。

可选地，如图3所示，蓝宝石激光发生器6包括蓝宝石激光管8、光学镜片组9和狭缝10。

优选地，蓝宝石激光管8包括掺钛蓝宝石11和激发光源12。

其中，蓝宝石激光管8能够发射出激光线13，激光线13经过光学镜片组9形成散射平行光线，上述散射平行光线经过短波通滤光片7，通射出385-400波段的激光。

在具体实施中，光纤速度越快，固化时间越短，容易出现固化度不足的现象，从而影响光纤性能。图4显示了采用本发明实施例公开的装置进行光纤涂层固化时拉丝速度与固化度关系，从图中可以看出，本激光装置可以确保在拉丝速度大于2500m/min时，光纤内外涂层的固化度水平仍大于90％，满足了高速拉丝中光纤涂层固化的需要。

本发明实施例的有益效果：

1)本发明中光纤涂料固化原理为紫外光固化，涂层需要吸收特定波段的紫外光发生铰链反应达到固化的目的，而本发明采用蓝宝石激光，充分利用蓝宝石这一优良的激光介质，具有良好的热传导和机械性能，较高的饱和通量和较宽的波长调节范围(670nm～1200nm)的特点；

2)本发明选用蓝宝石介质产生激光，并用短波通滤光片将适合于光纤涂覆固化最佳波段385～400nm的激光通滤出来照射光纤石英管表面；

3)本发明采用激光作为固化涂层的光源，相对于传统的使用磁控管发出微波，激发汞灯内部特殊分子激发到激发态进行发光的固化装置，寿命长，长期使用成本低，能源转换比高，环保高效节能；相对于LED光源成本低廉，跨越了外国技术壁垒；

4)本发明采用沿圆筒形固定座内壁圆周均匀设置的三条激光发生器阵列，分别间隔120°这种光源排布方式，结构紧凑，使得光纤石英管的外表面所照射的光源稳定、均匀，而且节能、高效；

5)本发明采用激光光源和圆周式均匀设置激光发生器阵列照射光纤表面涂层，可以达到速度大于2500m/min时，光纤内外涂层的固化度水平仍大于90％的效果，满足高速拉丝中光纤涂层固化的需要。

实施例2

本发明实施例公开了一种用于光纤涂层固化的激光系统，如图5所示，包括控制检测装置15、显示操作面板16和上述的用于光纤涂层固化的激光装置14。

激光装置14在沿圆筒形固定座1内壁圆周均匀设置有三条激光发生器阵列2，在具体实施例中，在圆筒形固定座内壁圆周均匀设置的激光发生器阵列的个数不限于3个，可以为不为零的任意整数，这种光源排布方式，使得光纤石英管的外表面所照射的光源稳定、均匀。

而且每条激光发生器阵列2包括5个激光发生器单元4，在具体实施例中，每条激光发生器阵列所包括的激光发生器单元的个数可根据实际需要进行数量调整，可以为不为零的任何整数值。

每个激光发生器单元4包括5个蓝宝石激光发生器6。

本发明实施例中，控制检测装置15与用于光纤涂层固化的激光装置14中的蓝宝石激光发生器6相连，用于控制和检测激光强度；显示操作面板16与控制检测装置15相连，用于显示和调节激光强度。本发明实施例公开的激光器控制系统中控制检测装置实时、准确地检测到激光强度，操作人员可以在现实操作界面跟踪和调整激光器发光强度，这种自动化的控制系统保证了激光涂覆时的高效、节能和自动化。

其中，控制检测装置15与蓝宝石激光发生器6电性连接，显示操作面板16与控制检测装置15电性连接，在具体实施例中，显示操作面板16与控制检测装置15也可以通过无线信号交互连接。

本发明实施例公开的这种多模块集成式的用于光纤涂层固化的激光系统和其实用的这种控制调节模式，保证了实时检测、及时调整和整体节能高效的效果。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

1)本发明公开的激光器控制系统中控制检测装置实时、准确地检测到激光强度，操作人员可以在现实操作界面跟踪和调整激光器发光强度，多模块集成式、自动化的控制系统保证了激光涂层固化时的高效、节能和自动化；

2)本发明选用蓝宝石介质产生激光，并用短波通滤光片将适合于光纤涂覆固化最佳波段385～400nm的激光通滤出来照射光纤石英管表面，充分利用光源能量，是一种用于光纤涂层固化的节能、高效、环保的光源；

3)本发明采用激光器控制系统结构紧凑、使用寿命长，显示操作面板与控制检测装置可实现电性连接或无线信号交互连接，保证激光强度信息可以实时、准确地被操作者获得。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光纤涂层固化的激光装置，其特征在于，包括圆筒形固定座和沿圆筒形固定座内壁圆周均匀设置的多条激光发生器阵列，光纤石英管穿射于所述圆筒形固定座的圆心且所述激光发生器阵列与所述光纤石英管的距离小于10cm。

2.根据权利要求1所述的用于光纤涂层固化的激光装置，其特征在于，所述每条激光发生器阵列包括若干个激光发生器单元，且所述激光发生器阵列设置于圆筒形固定座内壁的反射片上。

3.根据权利要求2所述的用于光纤涂层固化的激光装置，其特征在于，所述每个激光发生器单元包括若干个蓝宝石激光发生器，且所述激光发生器单元相对于光纤石英管的外部包覆设置有短波通滤光片。

4.根据权利要求3所述的用于光纤涂层固化的激光装置，其特征在于，所述蓝宝石激光发生器包括蓝宝石激光管、光学镜片组和狭缝。

5.根据权利要求4所述的用于光纤涂层固化的激光装置，其特征在于，所述蓝宝石激光管包括掺钛蓝宝石和激发光源。

6.根据权利要求4所述的用于光纤涂层固化的激光装置，其特征在于，所述蓝宝石激光管能够发射出激光线，所述激光线经过所述光学镜片组形成散射平行光线，上述散射平行光线经过短波通滤光片，通射出385-400波段的激光。

7.根据权利要求1所述的用于光纤涂层固化的激光装置，其特征在于，所述激光发生器阵列与光纤石英管距离小于1cm。

8.一种用于光纤涂层固化的激光系统，其特征在于，包括控制检测装置、显示操作面板和如权利要求1-7任一项所述的用于光纤涂层固化的激光装置。

9.根据权利要求8所述的用于光纤涂层固化的激光系统，其特征在于，所述控制检测装置与所述用于光纤涂层固化的激光装置中的蓝宝石激光发生器相连，用于控制和检测激光强度，显示操作面板与控制检测装置相连，用于显示和调节激光强度。

10.根据权利要求9所述的用于光纤涂层固化的激光系统，其特征在于，所述控制检测装置与所述蓝宝石激光发生器电性连接，所述显示操作面板与所述控制检测装置电性连接或无线信号交互连接。