基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置，包括底板和盖板；底板的上表面设置有用于放置被灌封胶覆盖的光纤激光器器件和低沸点液体的凹槽；底板的侧面设置有低沸点液体入口和低沸点液体出口；低沸点液体入口和低沸点液体出口与凹槽连通；底板的侧边沿设置有光纤输入输出预留孔；盖板与凹槽密封连接。本发明专利技术公开了一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却方法。本发明专利技术能够实现光纤激光器器件各个发热侧面的多方位冷却。

Optical fiber laser cooling device and method based on flowing low boiling liquid

【技术实现步骤摘要】
基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置及方法
本专利技术属于光纤激光器
，涉及一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置及方法。
技术介绍
高功率光纤激光器在工艺制造、3D打印等领域有着广泛的应用。近年来，随着双包层光纤制作工艺和高亮度半导体激光器的功率提升，单路高功率光纤激光输出功率得到了飞速的发展，从21世纪初的100瓦提高到目前的20千瓦。由于高功率掺镱光纤激光器的光效率一般在65％-85％，一台1000瓦的光纤激光器，在掺杂光纤内部有150-350瓦的热量存在。美国劳伦斯-利福摩尔实验室研究人员Dawson等人指出，当掺杂光纤内部的热累积到一定程度时，掺杂光纤会发生纤芯融化(参见DawsonJW,MesserlyMJ,BeachRJ,etal.Analysisofthescalabilityofdiffraction-limitedfiberlasersandamplifierstohighaveragepower[J].Opt.Express.2008,16:13240-13266.)。除了掺杂光纤的量子亏损外，由于模式不匹配导致的功率泄漏，也会使得非掺杂传能光纤(后文简称传能光纤)内部热量积累以至烧毁光纤；由于熔接损耗导致激光泄漏，熔点(包括掺杂光纤与掺杂光纤之间、掺杂光纤与传能光纤之间、传能光纤与传能光纤之间的熔点)热量的急剧累积也会导致光纤烧毁。因此，光纤内部的热效应是阻碍光纤激光功率提升的限制因素。为了提高光纤激光输出功率，必须采用有效的措施对光纤激光进行冷却。当前，为了解决高功率光纤激光器的制冷，主要有两类方法。一类是将增益光纤放置在特定设计的制冷装置中，通过热传导将增益光纤的热量传导到冷却装置，然后由冷却装置内部的液体冷却回路导走，该类冷却方法只能对光纤的部分表面进行直接接触和传导冷却，冷却效率不是非常高；另一类是将增益光纤全部直接浸泡在水中，该类方法中，由于水中氢氧根离子直接与增益光纤接触，随着时间的增加，会导致光纤损耗增加，影响激光器输出功率和稳定性。此外，上述两类制冷方法中，大都只强调增益光纤本身的制冷，对于光纤光栅、包层光滤除器、合束器等其他高功率器的制冷，要么涉及不多，要么只能是单面传导冷却；实际上，激光器中除了增益光纤以外，各个光纤器件和光纤之间的熔接点，都可能发热且影响激光器的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，在于提供一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置，该装置能够实现光纤激光器器件各个发热侧面的多方位冷却。本专利技术的目的之二，在于提供一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却方法。为了达到上述目的之一，本专利技术采用如下技术方案实现：一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置，所述光纤激光冷却装置包括底板1和盖板2；所述底板1的上表面设置有用于放置被灌封胶1-8覆盖的光纤激光器器件和低沸点液体1-9的凹槽1-2；所述底板1的侧面设置有低沸点液体入口5和低沸点液体出口6；所述低沸点液体入口5和低沸点液体出口6与所述凹槽1-2连通；所述底板1的侧边沿设置有光纤输入输出预留孔1-10；所述盖板2与所述凹槽1-2密封连接。进一步的，所述底板1的底部设置有冷却水流动的密封空间；所述底板1上设置有底板冷却水入口3和底板冷却水出口4；所述底板冷却水入口3和底板冷却水出口4与所述密封空间连通。进一步的，所述密封空间为蛇形流道或环形流道。进一步的，所述凹槽1-2的深度与光纤激光器器件中最高器件高度之差为3～15mm；所述灌封胶1-8的厚度为0.01～1mm。进一步的，所述低沸点液体1-9的沸点低于所述光纤激光器器件工作所许可的最高温度中的最小值。进一步的，所述低沸点液体入口5的位置高于所述光纤激光器器件中最高器件所对应的位置；所述低沸点液体出口6的位置低于所述凹槽1-2内部的最低平面所对应的位置。进一步的，所述低沸点液体入口5和低沸点液体出口6均为快速接头。进一步的，所述底板冷却水入口3和底板冷却水出口4均为水冷接头。为了达到上述目的之二，本专利技术采用如下技术方案实现：一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却方法，所述光纤激光冷却方法采用上述所述的光纤激光冷却装置冷却，包括如下步骤：将光纤激光器器件放置在底板1内的凹槽1-2内后进行光纤熔接；并将光纤熔接后的光纤激光器器件的输入光纤从预留光纤孔位1-10伸出后与泵浦源输出光纤进行熔接，将光纤熔接后的光纤激光器器件的输出光纤从预留光纤孔位1-10伸出后与光纤端帽输入光纤进行熔接；对光纤熔接点进行涂覆；采用灌封胶1-8，将所述光纤激光器器件和涂覆后的光纤熔接点进行灌封后固化；对所述预留光纤孔位1-10进行密封；并将低沸点液体1-9从低沸点液体入口5注入到凹槽1-2内，直至完全覆盖待冷却的光纤激光器器件和光纤熔接点；将盖板2盖在所述底板1的上面；并对所述凹槽1-2完全密封；将冷却水从底板冷却水入口3注入到密封空间内并进行流动，然后由底板冷却水出口4流出；将低沸点液体1-9注入到低沸点液体入口5，使其在凹槽1-2内流动，然后从低沸点液体出口6流出；启动光纤激光器。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过底板上的密封空间内流动冷却水对底板内部凹槽内的被灌封胶覆盖的待冷却光纤激光器器件的底面热传导冷却，通过底板内部凹槽内流动的低沸点液体对凹槽内的被灌封胶覆盖的待冷却的光纤激光器器件其他各个侧面进行冷却，从而实现对光纤激光器器件底面其他各个侧面进行同时有效多方位制冷；并利用低沸点液体蒸发制冷和流动导热，能够将与低沸点液体接触面的温度控制在液体沸点的恒定温度值以内。2、本专利技术通过对光纤激光器器件的多方位制冷，可以迅速带走光纤激光器器件产生的热量，能够极大降低光纤激光器的各个器件因热负荷导致的可能损伤，极大提高了高功率光纤激光器的稳定性。附图说明图1为本专利技术的基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置结构示意图；图2为本专利技术中的底板结构示意图；图3为本专利技术中的盖板结构示意图；图4为本专利技术中的基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置爆炸示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作出详细说明。本实施例给出了一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置，包括底板1和盖板2。底板1的结构参考图1、2和4，底板1的上表面设置有凹槽1-2，该凹槽1-2用于放置和固定光纤激光器的全部器件，除了泵浦源以外的光纤谐振器和放大器的其他光纤器件，如高反射光纤光栅1-3、低反射光纤光栅1-4、泵浦合束器1-5、增益光纤1-6和包层光滤除器1-7等器件，并利用灌封胶1-8对待冷却的器件进行灌封，保证待冷却的各个面均被灌封胶覆盖。各个器件依据光纤激光谐振器或者放大器的原理依次通过光纤熔接方式进行连接，熔接点利用标准工艺进行涂覆保护。底板1的侧面设置有低沸点液体入口5和低沸点液体出口6；低沸点液体入口5和低沸点液体出口6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置，其特征在于，所述光纤激光冷却装置包括底板(1)和盖板(2)；/n所述底板(1)的上表面设置有用于放置被灌封胶(1-8)覆盖的光纤激光器器件和低沸点液体(1-9)的凹槽(1-2)；所述底板(1)的侧面设置有低沸点液体入口(5)和低沸点液体出口(6)；所述低沸点液体入口(5)和低沸点液体出口(6)与所述凹槽(1-2)连通；所述底板(1)的侧边沿设置有光纤输入输出预留孔(1-10)；/n所述盖板(2)与所述凹槽(1-2)密封连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于流动低沸点液体的光纤激光冷却装置，其特征在于，所述光纤激光冷却装置包括底板(1)和盖板(2)；
所述底板(1)的上表面设置有用于放置被灌封胶(1-8)覆盖的光纤激光器器件和低沸点液体(1-9)的凹槽(1-2)；所述底板(1)的侧面设置有低沸点液体入口(5)和低沸点液体出口(6)；所述低沸点液体入口(5)和低沸点液体出口(6)与所述凹槽(1-2)连通；所述底板(1)的侧边沿设置有光纤输入输出预留孔(1-10)；
所述盖板(2)与所述凹槽(1-2)密封连接。


2.根据权利要求1所述的光纤激光冷却装置，其特征在于，所述底板(1)的底部设置有冷却水流动的密封空间；所述底板(1)上设置有底板冷却水入口(3)和底板冷却水出口(4)；
所述底板冷却水入口(3)和底板冷却水出口(4)与所述密封空间连通。


3.根据权利要求2所述的光纤激光冷却装置，其特征在于，所述密封空间为蛇形流道或环形流道。


4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光纤激光冷却装置，其特征在于，所述凹槽(1-2)的深度和光纤激光器器件中最高器件高度之差为3～15mm；
所述灌封胶(1-8)的厚度为0.01～1mm。


5.根据权利要求1～3中任意一项所述的光纤激光冷却装置，其特征在于，所述低沸点液体(1-9)的沸点低于所述光纤激光器器件工作所许可的最高温度中的最小值。


6.根据权利要求1～3中任意一项所述的光纤激光冷却装置，其特征在于，所述低沸点液体入口(5)的位置高于所述光纤激光器器件中最高器件所对应的位置；

【专利技术属性】
技术研发人员：王小林，奚小明，杨保来，宋涛，张汉伟，史尘，王泽锋，周朴，司磊，许晓军，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43