一种用于高功率光纤放大器的混合散热装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光电器件技术领域，涉及用于高功率光纤放大器的混合散热装置。包括网格状冷却板和散热器，所述冷却板表面刻蚀V型槽道，用于放置光纤，所述冷却板内部有横向和纵向孔道，孔道内有冷却介质；所述散热器的下表面包覆在光纤熔接点上，上表面与纳米多孔材料热管的蒸汽室贴合，所述热管中，蒸汽室通过纳米多孔膜与冷凝室连接；所述冷凝室的下表面与热沉的上表面贴合。本发明专利技术的新型整体散热装置能够保证高功率光纤放大器的温度均衡，混合了被动和主动散热方式，噪声小、冷却迅速等优点，具有较高的可靠性和可操作性。

A hybrid heat sink for high power fiber amplifiers

The invention belongs to the technical field of photoelectric devices, and relates to a mixed heat radiation device for a high-power optical fiber amplifier. Including the grid plate and the cooling radiator, the etched surface cooling plate of V type groove for placing fiber, the inside of the cooling plate with transverse and longitudinal channels, channels in the cooling medium; the radiator under the surface coating in the optical fiber splice, on the surface of nano porous materials and heat pipe steam room attached to the heat pipe, the steam chamber is connected through a nanoporous membrane and the condensation chamber; fitting surface of the condensing chamber and the lower surface of the heat sink. The new integrated heat dissipation device of the invention can ensure the equilibrium temperature of high power fiber amplifier, a mix of passive and active cooling mode, has the advantages of low noise, cooling speed, high reliability and operability.

【技术实现步骤摘要】
一种用于高功率光纤放大器的混合散热装置
本专利技术属于光电器件
，涉及用于高功率光纤放大器的混合散热装置，本专利技术有利于显著提高光纤放大器的使用功率和长期使用可靠性。
技术介绍
光纤激光器一直是人们关注的问题，并且掺镱光纤的输出功率达到了百瓦级别。在许多商业和军事领域使用这种激光作为热源，来进行印刷、焊接、刻蚀、医学和遥感等。掺杂稀土光纤激光器在光-光和电-光转换效率、单模低噪声输出和可调性较宽等方面有良好的性能。现在人们感兴趣的是如何进一步将掺杂稀土金属光纤激光器的输出功率扩展至千瓦级别。在研发的过程中，增益介质光纤放大器面临很多热管理难题。光纤激光器内的温度分布取决于泵浦光束强度，材料的热性能（玻璃纤维或晶体块和包覆材料），几何结构和冷却介质。标准的光纤设计中，纤芯温度随着泵浦输出功率的增加而升高，影响光纤激光器的性能。光纤激光器的产热部位分为四部分：泵浦源LD半导体二极管生热，LD中只有40%~50%的光电转换效率，其余50%~60%的电能转换为废热；有源光纤（掺杂光纤）生热，光纤芯内部的增益介质受到LD输出的激光照射，存在光光转换效率，也就是直接的量子亏损，将一部分的光能转换为热量；光功率剥离器生热，包层光纤中的光剥离出去时，其转换为热而散发出去；光纤熔接点生热，熔接质量的好坏会引起不同程度上的光泄露和耗散而产生热量。对于有源光纤生热，采用了很多冷却方法，如强制空气冷却、微通道均温板、相变冷却等，可以将光纤前段的温度波动稳定在2~3℃范围内。但是在激光连续泵浦运行的过程中，排除光纤剥离和熔接质量的因素后，在熔接点处光纤由于局部高温难以处理而经常发生熔断，严重影响了激光系统长期运行的安全性。因此，本专利技术为光纤放大器提出一套整体可拆卸冷却装置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种可拆卸的用于高功率光纤放大器的混合散热装置。本专利技术的混合散热装置，包括网格状冷却板和散热器，所述网格状冷却板表面刻蚀V型槽道，用于放置光纤，所述冷却板内部有横向和纵向孔道，孔道内有冷却介质；所述散热器的下表面包覆在光纤熔接点上，上表面与纳米多孔材料热管的蒸汽室贴合，所述热管中，蒸汽室通过纳米多孔膜与冷凝室连接；所述冷凝室的下表面与热沉的上表面贴合。冷却板表面刻蚀了宽度为1mm~2mm的v型槽道，用于放置光纤。其内部横向为21个直径2mm的小孔，纵向为两路贯穿所有小孔的直径为3mm的大孔，材质为铝，孔道中的冷却介质可以是水、乙醇、纳米流体等。光纤熔接点处的局部高温热点将热量经散热器传给热管内部的蒸汽室，蒸汽室内的液体受到加热后变成蒸汽，蒸汽经纳米多孔膜冷却后形成液滴流入冷凝室，冷凝室内的液滴热量进一步传递给热沉，从而降低光纤放大器的局部高温。散热器材质为Cu，下表面包覆在光纤熔接点上，可以是平面形式部分包覆；也可以是U型、Ο型、Π型和∧型等多种形式包覆。热管中的芯层为一层纳米多孔膜，该纳米多孔膜材质为导热系数达1000~2000W/(m·K)的高分子材料，光纤熔接点处的局部高温热点加热蒸汽室内的液体，液体受到加热后变成蒸汽，蒸汽经纳米多孔膜冷却后变成液滴流入冷凝室，冷凝室内的液滴热量进一步传递给热沉，从而降低光纤放大器的局部高温。其工作方式是连续泵谱的光纤运行过程中，纤芯温度升高后，光纤外包层与冷却板进行热交换，带走大部分热量；光纤熔接点处的局部高温热点将热量经散热器传递给热管内部的蒸汽室，蒸汽室内的液体受到加热后变成蒸汽，蒸汽经纳米多孔膜冷却后形成液滴流入冷凝室，冷凝室内的液滴热量进一步传递给热沉，从而降低光纤放大器的局部高温。本专利技术的新型散热装置为一种混合型散热方式，能够在不增加高功率光纤功率损耗的同时，噪声小、温度场均匀，有效散失有源光纤各部分的热量，具有高可靠性和操作性等优点。附图说明图1为整体散热结构图；图2为热管结构图；图3为冷却板结构图；1-冷却板，2-热管，3-散热器，4-热沉，5-光纤耦合器盒，6-蒸汽室，7-冷凝室，8-纳米多孔膜。具体实施方式本专利技术的混合散热装置，包括网格状冷却板和散热器，所述网格状冷却板表面刻蚀V型槽道，用于放置光纤，所述冷却板内部有横向和纵向孔道，孔道内有冷却介质；所述散热器的下表面包覆在光纤熔接点上，上表面与纳米多孔材料热管的蒸汽室贴合，所述热管中，蒸汽室通过纳米多孔膜与冷凝室连接；所述冷凝室的下表面与热沉的上表面贴合。该装置主要基于纳米多孔膜导热系数高，蒸汽室6内的液体蒸发后，蒸汽经纳米多孔膜8迅速扩散至冷凝室7这一特性，利用纳米多孔膜8的高毛细芯压力进行传热传质，提高热管2的散热效率，将光纤放大器的局部热点温度通过被动散热方式降低至正常工作区间。热管中的冷却液体可以是水、甲醇、乙醇、纳米流体等。冷却板1的网格状结构为一种主动散热方式，消除了工作流体之间的温度梯度，将长光纤运行的温度保持整体均匀。在实施中，首先按图3加工出网格状流体通道，冷却板1上表面刻蚀出v型槽道，将光纤耦合器盒5和耦合之后的长光纤放置在冷却板的上表面，用螺钉固定光纤耦合器盒5。图1为整体散热结构示意图；在使用前将图3所示网格冷却板1的进口通入工质流体。该光纤放大器散热方案的具体工作方式为：连续泵浦光在激发光纤纤芯中的增益介质后，光纤生热，温度升高。大部分光纤的热量与网格冷却板1内的冷却流体发生对流换热，由冷却板1均匀降温。光纤熔接点的局部高温热点将热量传递至包覆在其上表面的散热器3；当散热器3的温度达到一定值时，热量传递到热管的蒸汽室6后，蒸汽室6内的液体蒸发变成蒸汽，蒸汽经纳米多孔膜8后形成液滴，高温液体将热量传递至冷凝室7，冷凝室7将高温液体的热量传递给温度更低的热沉4。经过以上两部分的混合散热，从而保证有源光纤轴向各处的外表面温度在正常工作范围。以上所述为本专利技术的较佳实施例而已，但本专利技术不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本专利技术所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高功率光纤放大器的混合散热装置，其特征在于，包括网格状冷却板和散热器，所述冷却板表面刻蚀V型槽道，用于放置光纤，所述冷却板内部有横向和纵向孔道，孔道内有冷却介质；所述散热器的下表面包覆在光纤熔接点上，上表面与纳米多孔材料热管的蒸汽室贴合，所述热管中，蒸汽室通过纳米多孔膜与冷凝室连接；所述冷凝室的下表面与热沉的上表面贴合。

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率光纤放大器的混合散热装置，其特征在于，包括网格状冷却板和散热器，所述冷却板表面刻蚀V型槽道，用于放置光纤，所述冷却板内部有横向和纵向孔道，孔道内有冷却介质；所述散热器的下表面包覆在光纤熔接点上，上表面与纳米多孔材料热管的蒸汽室贴合，所述热管中，蒸汽室通过纳米多孔膜与冷凝室连接；所述冷凝室的下表面与热沉的上表面贴合。2.根据权利要求1所述的混合散热装置，其特征在于，冷却板表面刻蚀了宽度为1mm~2mm的v型槽道，用于放置光纤；网格...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕祎，郑怀，刘胜，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42