CN101867143A - 一种用于高功率光纤激光器或放大器的整体冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高功率光纤激光器或放大器的冷却装置。本冷却装置中可放置的光纤的长度可变，并且在冷却光纤的同时能冷却高功率光纤激光器或放大器中的泵浦耦合器。该冷却装置包括冷却盘和导热盖板。冷却盘是具有一个平坦表面的金属块，平坦表面上刻有一个输入凹槽、一个耦合器凹槽、一条螺旋线形凹槽、若干条回绕凹槽和若干个输出凹槽。导热盖板是具有一个平坦表面的金属块，其平坦表面不小于所述冷却盘的平坦表面。使用时，掺杂光纤在螺旋线形凹槽内缠绕的过程中，可以通过回绕凹槽回到相邻的上一圈内，且该回绕行为可在同一个回绕凹槽处多次进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷却装置，特别是涉及一种用于高功率光纤激光器或高功率光纤放大器的整体冷却装置。
背景技术
掺稀土元素光纤在用于高功率光纤激光器或高功率光纤放大器时，光纤内的掺杂介质在泵浦光的作用下产生激光，同时会产生大量的热。如果光纤中的热量不及时排出，会引起光纤温度上升，导致输出激光光束质量及效率下降；甚至会影响到光纤最外层用于保护光纤的聚合物，引起聚合物老化甚至失效。直接关系到高功率激光器或放大器能否安全、稳定的运行。
目前对高功率光纤激光器或放大器中的光纤冷却方案已有专利申请(中国专利：200810048538.0和200820155746.X)和实际应用装置，但这些方案或装置均存在以下缺点：(1)冷却装置中可放置光纤的长度受限，短于或长于某个固定长度的光纤均不能使用；(2)冷却装置只提供光纤的冷却，不能同时提供全光纤系统中另一个重要器件——泵浦耦合器的冷却，不便于高功率光纤激光器或放大器的模块化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于高功率光纤激光器或放大器的冷却装置。本冷却装置中可放置的光纤的长度可变，并且在冷却光纤的同时能冷却高功率光纤激光器或放大器中的泵浦耦合器。
本发明的技术方案为：一种冷却装置，用于高功率光纤激光器或高功率光纤放大器。该冷却装置包括冷却盘和导热盖板。冷却盘是具有一个平坦表面的金属块，平坦表面上刻有一个输入凹槽、一个耦合器凹槽、一条螺旋线形凹槽、若干条回绕凹槽和若干个输出凹槽。输入凹槽是直线型凹槽，一端开口于冷却盘平坦表面边缘，另一端与耦合器凹槽相连接；耦合器凹槽的一端与输入凹槽相连接，另一端与螺旋线形凹槽的外螺旋终点相连接；螺旋线形凹槽是一条螺旋状凹槽，每条回绕凹槽是弧度不小于60度的圆弧形凹槽，不同的回绕凹槽连接在螺旋线形凹槽的不同的相邻两圈螺旋之间；每个输出凹槽是直线型凹槽，一端与螺旋线形凹槽的某个螺旋相切连接，另一端开口于冷却盘平坦表面边缘。导热盖板是具有一个平坦表面的金属块，其平坦表面不小于所述冷却盘的平坦表面。上述凹槽中，除了耦合器凹槽和输入凹槽外，其余凹槽的槽宽约为所用掺杂光纤的直径的两倍，槽深约为所用掺杂光纤的直径的四倍。耦合器凹槽的大小应足够所用泵浦耦合器放入，其槽深应使得所用泵浦耦合器放入后不超出冷却盘的平坦表面。输入凹槽用于放置泵浦耦合器的泵浦输入光纤，其槽深应使得泵浦输入光纤放入后不高出冷却盘的平坦表面。
使用时，将泵浦耦合器的泵浦输入光纤放入输入凹槽，泵浦耦合器放入耦合器凹槽。泵浦耦合器的输出光纤与掺杂光纤熔接后，与掺杂光纤一起按照由外向内的顺序逐圈缠绕到螺旋线形凹槽中，掺杂光纤通过任意一个输出凹槽绕出冷却装置。掺杂光纤在螺旋线形凹槽内缠绕的过程中，可以通过回绕凹槽回到相邻的上一圈内，且该回绕行为可在同一个回绕凹槽处多次进行。将导热盖板固定在冷却盘上，并使二者的平坦表面紧密接触；通过直接将冷却盘放置到温度较低的物体表面的方式对冷却盘进行冷却，从而实现对光纤和泵浦耦合器的冷却。
作为对本发明的进一步改进，可在冷却盘的除平坦表面外的其它表面上增加冷却液的输入口和输出口，冷却液的输入口和输出口通过冷却盘内的通道相连。使用时，将冷却盘上冷却液的输入口和输出口分别通过导管与水冷机的输出口和输入口相连，与冷却盘内的通道一起组成冷却液的循环通道。通过循环流动的冷却液带走冷却盘上的热量的方式来对冷却盘进行冷却，从而实现对光纤和泵浦耦合器的冷却。
本发明的有益效果是：(1)通过光纤与冷却盘平坦表面的凹槽或者导热盖板的紧密接触，将高功率光纤激光器或高功率光纤放大器运行时光纤内所产生的热量传递到冷却盘或者导热盖板中，使得光纤内的热量不发生积累，光纤最外层的聚合物的温度保持恒定，防止光纤熔断或老化，保证高功率激光器和放大器安全、稳定、长时间的运转；(2)通过在冷却盘上表面的螺旋线形凹槽的相邻两圈螺旋之间加入回绕凹槽，使缠绕光纤的长度可变，增加了光纤长度的适用范围；(3)通过在冷却盘的平坦表面增加放置泵浦耦合器的凹槽，可同时对泵浦耦合器进行冷却，方便光纤激光器或放大器的模块化。
附图说明
图1为本发明所提供的冷却装置的一具体实施例的外部结构示意图；
图2为图1所示实施例的内部结构示意图；
图3为图2所示实施例的冷却盘主体的立体示意图；
图4为图3的AA处的剖面俯视图；
图5为图2所示实施例的冷却盘主体的上表面的凹槽的示意图；
图6为图2所示实施例的冷却盘主体的上表面的回绕凹槽的示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1～图6给出了本发明的一个具体实施例。
图1为本发明所提供的冷却装置的一具体实施例的外部结构示意图。如图所示，该冷却装置，包括冷却盘1和导热盖板2，并通过导管3与水冷机连接。图2为图1所示实施例的内部结构示意图，如图所示，冷却盘1由冷却盘主体4、前密封盖板5和后密封盖板6组成。冷却盘主体4为金属平板，内部贯穿通道14以使得冷却液可在其内部流动。前密封盖板5和后密封盖板6均为金属平板。前密封盖板5上留有用于连接导管的接口，与冷却液入口12和冷却液出口13相应。前密封盖板5通过螺钉安装在冷却盘主体4的左侧面；前密封盖板6通过螺钉安装在冷却盘主体4的右侧面。前密封盖板5和后密封盖板6在安装到冷却盘主体4上时，它们分别与冷却盘主体4的侧面之间夹有密封项圈，防止冷却液的外泄。导热盖板2通过螺钉覆盖在冷却盘主体4的上表面。图3为图2所示实施例的冷却盘主体4的立体示意图，如图所示，冷却盘主体4的上表面刻一个输入凹槽9、一个耦合器凹槽8、一条螺旋线形凹槽7、三条回绕凹槽11和三个输出凹槽10。输入凹槽9用于放置泵浦耦合器的泵浦输入光纤，耦合器凹槽8用于放置泵浦耦合器，泵浦耦合器的输出光纤与掺杂光纤熔接后，与掺杂光纤一起按照由外向内的顺序逐圈缠绕到螺旋线形凹槽7中，掺杂光纤通过任意一个输出凹槽10绕出冷却装置，因此，导热盖板2的平坦表面和冷却盘主体4的平坦表面可紧密结合。使用时，冷却盘主体4的冷却液入口12和冷却液出口13分别通过导管3与水冷机相连，以组成冷却液的循环通道。图4为图3的AA剖视图，冷却液在冷却盘主体4内部按照图中箭头方向流动。
通过以上描述可知，放置在冷却盘主体4上表面的螺旋线形凹槽7内的掺杂光纤，实际处在由螺旋线形凹槽7和导热盖板2形成的一个封闭空间内，由于螺旋线形凹槽7较窄和光纤本身的弹性，使得光纤在此封闭空间内能够与封闭空间的金属内壁紧密接触，利于光纤内的热量及时传递到冷却盘主体4或导热盖板2中，热量不至于在光纤内进行累计。传递到冷却盘主体4或导热盖板2中的热量由通道14内循环流动的冷却液及时排出本冷却装置。
图5为图2所示实施例的冷却盘主体的上表面的凹槽的示意图。如图所示，泵浦耦合器放置到耦合器凹槽8内后，泵浦耦合器一端的泵浦输入光纤可放置在输入凹槽9内，泵浦耦合器另一端的输出光纤跟掺杂光纤熔接以后，与掺杂光纤一起按照由外到内的顺序逐圈缠绕到螺旋线形凹槽7内。在螺旋线形凹槽7相邻两圈之间刻有连接这两圈的回绕凹槽11，当掺杂光纤缠绕到回绕凹槽11时，既可以选择在本圈继续缠绕，也可以选择通过回绕凹槽11回到上一圈，重新在上一圈内缠绕，这样使放置光纤的长度可以变化。当掺杂光纤缠绕到输出凹槽10时，既可以选择在本圈继续缠绕，也可以选择通过输出凹槽10，引出本冷却装置。
本实施例中的冷却盘1和导热盖板2可采用铜或铝制成。冷却盘主体4的上表面所刻的螺旋线形凹槽7的横截面可为矩形、半圆形或U型。回绕凹槽11的深度和宽度均和螺旋线形凹槽7的深度和宽度相同。输出凹槽10的宽度和螺旋线形凹槽7的宽度相同，但深度小于螺旋线形凹槽7的深度。
在高功率光纤激光器或放大器运转时，开启水冷机，就可以利用冷却盘1的均匀导热特性，通过热传导效应将掺杂光纤内产生的热量和泵浦耦合器产生的热量传递到循环的冷却液中，从而保证光纤激光器或放大器在高功率运转状态下，光纤温度保持恒定，特别是光纤外部聚合物的温度在可承受的范围内。确保高功率光纤激光器和放大器在保持输出光束质量和功率稳定的前提下，安全、稳定的运转。
Claims (5)
1.一种冷却装置，用于高功率光纤激光器或高功率光纤放大器；该冷却装置包括冷却盘(1)和导热盖板(2)；冷却盘(1)是具有一个平坦表面的金属块，平坦表面上刻有一个输入凹槽(9)、一个耦合器凹槽(8)、一条螺旋线形凹槽(7)、若干条回绕凹槽(11)和若干个输出凹槽(10)；输入凹槽(9)是直线型凹槽，一端开口于冷却盘(1)平坦表面边缘，另一端与耦合器凹槽(8)相连接；耦合器凹槽(8)的一端与输入凹槽(9)相连接，另一端与螺旋线形凹槽(7)的外螺旋终点相连接；螺旋线形凹槽(7)是一条螺旋状凹槽，每条回绕凹槽(11)是弧度不小于60度的圆弧形凹槽，不同的回绕凹槽(11)连接在螺旋线形凹槽(7)的不同的相邻两圈螺旋之间；每个输出凹槽(10)是直线型凹槽，一端与螺旋线形凹槽(7)的某个螺旋相切连接，另一端开口于冷却盘(1)平坦表面边缘；导热盖板(2)是具有一个平坦表面的金属块，其平坦表面不小于所述冷却盘的平坦表面；上述凹槽中，除了耦合器凹槽(8)和输入凹槽(9)外，其余凹槽的槽宽约为所用掺杂光纤的直径的两倍，槽深约为所用掺杂光纤的直径的四倍；耦合器凹槽(8)的大小应足够所用泵浦耦合器放入，其槽深应使得所用泵浦耦合器放入后不超出冷却盘(1)的平坦表面；输入凹槽(9)用于放置泵浦耦合器的泵浦输入光纤，其槽深应使得泵浦输入光纤放入后不高出冷却盘(1)的平坦表面。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，在冷却盘(1)的除平坦表面外的其它表面上增加冷却液的输入口(12)和输出口(13)，冷却液的输入口(12)和输出口(13)通过冷却盘内的通道(14)相连。
3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，冷却盘(1)和导热盖板(2)采用铜或铝制成。
4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，螺旋线形凹槽(7)的横截面可为矩形、半圆形或U型。
5.根据权利要求2、3或4所述的冷却装置，其特征在于，回绕凹槽(11)的深度和宽度均和螺旋线形凹槽(7)的深度和宽度相同，输出凹槽(10)的宽度和螺旋线形凹槽(7)的宽度相同，但深度小于螺旋线形凹槽(7)的深度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20101020 Assignee: MAXPHOTONICS Co.,Ltd. Assignor: National University of Defense Technology of People's Liberation Army of China Contract record no.: 2015430000154 Denomination of invention: Integral cooling device for high-power optical fiber laser or amplifier Granted publication date: 20110720 License type: Exclusive License Record date: 20151222 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model |