一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置制造方法及图纸

一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，包括冷却热沉(1)，在冷却热沉(1)上设有光纤槽(12)，将除去了涂敷层的增益光纤(13)固定在光纤槽(12)中，其特征在于，在光纤槽(12)内的增益光纤(13)四周填充有相变材料(14)，相变材料(14)将光纤槽(12)中的增益光纤(13)完全包裹在中间；在冷却热沉(1)内有冷却水道(11)，冷却水道(11)在光纤槽(12)的下方。本发明专利技术的有益效果除了具有常规光纤冷却热沉的功能之外，具有防温度突变、承受更高功率的优点。该装置提高光纤激光器系统高功率承受能力，降低了温度突变风险，保证系统可靠性。

An optical fiber cooling device for fiber laser based on phase change cooling

A cooling device of fiber fiber laser based on the phase change cooling, including cooling heat sink (1), in the cooling heat sink (1) is provided with an optical fiber slot (12), will remove the gain fiber coating layer (13) is fixed on the optical fiber slot (12), which is characterized in that the slot (in the optical fiber 12) gain (13) around the optical fiber filled with phase change material (14), (14) the optical phase change material groove (12) of the gain fiber (13) completely wrapped in the middle; the cooling heat sink (1) within the cooling channel (11), the cooling water channel (11) in optical fiber slot (12) below. The beneficial effect of the invention has the advantages of anti temperature mutation and higher power, in addition to the function of conventional optical fiber cooling heat sink. The device improves the high power bearing capacity of the optical fiber laser system, reduces the risk of temperature mutation and ensures the reliability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置
本专利技术是一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，属于激光领域，尤其涉及光纤激光技术中的光纤冷却

技术介绍
高功率光纤激光器具有转换效率高，光束质量好，热管理方便、结构紧凑等优点而广泛应用于工业加工、切割、打标、焊接等领域。高功率光纤激光器依靠电能产生高亮度聚焦的激光光束，但在此过程中产生大量的热量。虽然光纤激光器具有较大的表面积和体积比，在低功率状态下可有效散热，但随着泵浦功率的不断提升，特别是对于掺Yb3+双包层光纤激光器，如果掺杂光纤的温度升高，将增加激光下能级的热粒子数，从而导致激光器阈值功率提高和斜率效率下降。此外高能单纤激光器系统中存在较多的光纤熔接点，由于熔融工艺等原因，导致在熔接点处有较大的功率损耗，在熔接端面附近产生热集中区，严重影响整个系统的稳定性。因此有必要对高功率光纤激光器的光纤进行冷却保护。常规的制冷措施是将光纤放入冷却热沉的光纤槽中，并在光纤四周涂覆具有较高导热系数的导热硅脂。这种冷却装置的缺陷是，受限于导热硅脂的固有属性，其导热系数通常较低，远远低于常规金属的导热系数，导致不能将从光纤表面吸收的热量及时导出，并且其热容量不高，不能有效存储过多热量，导致系统热负荷整体处于较高水平，严重制约光纤激光器向更高功率发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决技术背景中存在的问题，提出一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置。一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，包括冷却热沉1，在冷却热沉1上设有光纤槽12，将除去了涂敷层的增益光纤13固定在光纤槽12中，其特征在于，在光纤槽12内的增益光纤13四周填充有相变材料14，相变材料14将光纤槽12中的增益光纤13完全包裹在中间；在冷却热沉1内有冷却水道11，冷却水道11在光纤槽12的下方。相变材料14是由石蜡与石墨按任意比例组成的复合材料，或是全精炼石蜡、十四醇、硬脂酸具有相变特性的有机材料，或由硬脂酸与金属粉末按任意比例组成的复合材料。所述冷却热沉1的冷却水道11的横截面是圆形、矩形或椭圆形的，光纤槽12的横截面是U型槽、V型槽、矩型槽的凹槽。所述的一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的固态金属或固态合金。其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的包括无氧铜、铝或铝合金。本专利技术的有益效果除了具有常规光纤冷却热沉的功能之外，具有防温度突变、承受更高功率的优点。该装置提高光纤激光器系统高功率承受能力，降低了温度突变风险，保证系统可靠性。附图说明图1为基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置的俯视图；图2为图1的A-A剖视图；具体实施方式一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，包括冷却热沉1，在冷却热沉1上设有光纤槽12，将除去了涂敷层的增益光纤13固定在光纤槽12中，其特征在于，在光纤槽12内的增益光纤13四周填充有相变材料14，相变材料14将光纤槽12中的增益光纤13完全包裹在中间；在冷却热沉1内有冷却水道11，冷却水道11在光纤槽12的下方。相变材料14是由石蜡与石墨按任意比例组成的复合材料，或是全精炼石蜡、十四醇、硬脂酸具有相变特性的有机材料，或由硬脂酸与金属粉末按任意比例组成的复合材料。所述冷却热沉1的冷却水道11的横截面是圆形、矩形或椭圆形的，光纤槽12的横截面是U型槽、V型槽、矩型槽的凹槽。所述的一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的固态金属或固态合金。其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的包括无氧铜、铝或铝合金。本专利技术公开一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其特征在于通过冷却热沉光纤槽中的相变材料由固态转变为液态时的相变潜热迅速吸收由光纤释放出的热量，并通过循环水道将热量导出，有效保证光纤散热。其结构包括：一冷却热沉1，其结构如图1所示，图2为其A-A剖视图；冷却热沉1，其为光纤激光器的光纤冷却装置，其结构包含有一冷却水道11、一光纤槽12。冷却热沉1的冷却水道11可以是圆形、矩形、椭圆形等，光纤槽12可以是U型槽、V型槽、矩型槽等任意形状的凹槽。冷却热沉1上的光纤槽12用于放置并固定增益光纤13，并在增益光纤13四周均匀填充有由由石蜡与石墨按质量比例4：1组成的相变材料14，将光纤中的热导出。该相变材料可以是由石蜡与石墨按任意比例组成的复合材料，也可以是全精炼石蜡、十四醇、硬脂酸等具有相变特性的有机材料，还可以是由硬脂酸与金属粉末按任意比例组成的复合材料。冷却热沉1的材料可以热导率高的固态金属及其合金，包括无氧铜、铝、铝合金等。其基本的工作过程为当光纤激光器工作时，位于光纤槽12内部的增益光纤13温度迅速升高，其四周的与其接触的相变材料14达到相变温度发生由固态到液态的转变，依靠相变潜热吸收其放出的大量热量，从而使光纤温度迅速降低。此过程是把增益光纤13的热量以相变潜热的形式储存在相变材料中，并最终通过循环水道11内部的冷却液将热量导出，使相变材料14恢复固态，相变过程可逆，依此循环往复不断带走增益光纤13的热量，有效保证其散热，提升光纤激光器的工作可靠性。一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其特征在于通过冷却热沉光纤槽中的相变材料由固态转变为液态时的相变潜热迅速吸收由光纤释放出的热量，并通过循环水道将热量导出，有效保证光纤散热。其结构包括：一冷却热沉1；所述的冷却热沉1，其为光纤激光器的光纤冷却装置，其结构包含有一冷却水道11、一光纤槽12。其中所述冷却热沉1中的光纤槽12用来安装和固定增益光纤13，增益光纤13四周填充有相变材料14，相变材料14可以是由石蜡与石墨按任意比例组成的复合材料，也可以是全精炼石蜡、十四醇、硬脂酸等具有相变特性的有机材料，还可以是由硬脂酸与金属粉末按任意比例组成的复合材料。其中所述冷却热沉1的冷却水道11可以是圆形、矩形、椭圆形等，光纤槽12可以是U型槽、V型槽、矩型槽等任意形状的凹槽。其中所述冷却热沉1的材料可以热导率高的固态金属及其合金，包括无氧铜、铝、铝合金等。因此本专利技术提供一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，可以利用相变材料由固态转变为液态时的相变潜热及时吸收光纤周围大量废热，再通过循环水道将热量导出，使相变材料恢复固态，依此循环往复，有效保证光纤散热以及系统的热稳定性。本专利技术通过相变材料由固态转变为液态时的相变潜热迅速吸收由冷却热沉光纤槽中的光纤释放出的热量，并通过循环水道将热量导出，有效保证光纤散热，其原理为相变材料的相变温度接近光纤激光器工作时光纤的最佳工作温度，且具有较高的单位质量相变潜热，当光纤激光器工作时，光纤四周的相变材料吸收其放出的热量，其自身发生由固态转变为液态的相变，而使光纤温度迅速降低。此过程是系统把热量以相变潜热的形式储存在相变材料中，并最终通过循环水道将热量导出，使相变材料恢复固态，相变过程可逆，依此循环往复不断带走光纤热量，有效保证光纤散热，提升光纤激光器的工作可靠性。本专利技术具有结构紧凑，可靠性高，易于集成，免维护，可实现商业化生产等优点。本专利技术提供一种新型的包层光耗散装置，其结构包括：一一冷却热沉1，其中包括包含有一冷却水道11、一光纤槽12本专利技术中冷却热沉1选材导热性能优良而且物化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，包括冷却热沉(1)，在冷却热沉(1)上设有光纤槽(12)，将除去了涂敷层的增益光纤(13)固定在光纤槽(12)中，其特征在于，在光纤槽(12)内的增益光纤(13)四周填充有相变材料(14)，相变材料(14)将光纤槽(12)中的增益光纤(13)完全包裹在中间；在冷却热沉(1)内有冷却水道(11)，冷却水道(11)在光纤槽(12)的下方。

【技术特征摘要】
1.一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，包括冷却热沉(1)，在冷却热沉(1)上设有光纤槽(12)，将除去了涂敷层的增益光纤(13)固定在光纤槽(12)中，其特征在于，在光纤槽(12)内的增益光纤(13)四周填充有相变材料(14)，相变材料(14)将光纤槽(12)中的增益光纤(13)完全包裹在中间；在冷却热沉(1)内有冷却水道(11)，冷却水道(11)在光纤槽(12)的下方。2.根据权利要求1所述的一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其特征在于，相变材料(14)是由石蜡与石墨按任意比例组成的复合材料，或是全精炼石蜡、...

【专利技术属性】
技术研发人员：董超，孙伟，谷亮，张红，杨宁，
申请(专利权)人：中国兵器装备研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11