CN107293931A - 一种包层光耗散装置 - Google Patents

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Abstract

一种包层光耗散装置，其特征在于，包括滤除器盖板(1)和滤除器底板(2)，其中，滤除器盖板(1)盖在滤除器底板(2)上；有一个黑硅纳米结构光吸收槽(15)纵向贯穿滤除器盖板(1)下表面，用于吸收滤除器滤出的包层光，并将光能转换为电能导出；在滤除器盖板(1)的下表面，在黑硅纳米结构光吸收槽(15)两侧分别有与黑硅纳米结构光吸收槽(15)垂直的导线槽，本发明的有益效果除了具有常规滤除器的滤除功能之外，通过滤除器盖板上的黑硅纳米结构光吸收槽(15)充分吸收光和防止光返回光纤，并将吸收的包层光转换为电能由导线导出，由此产生的热能经自身散出或导入底板，避免滤除器本身温升，有效降低滤除器温度，提升其工作可靠性。该装置提高滤除效率，降低了滤除风险，保证系统可靠性以及输出光束质量。

Description

一种包层光耗散装置
技术领域
本发明是一种包层光耗散装置，属于激光领域，尤其涉及光纤激光技术中的包层光滤除技术领域。
背景技术
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。目前国际上1.5kW以上的光纤激光器基本采用主振荡功率放大(MOPA)结构实现的。为了提高光束的输出质量，针对包层中残留的泵浦光和中高阶模式的激光，一般采用由高折射率的紫外固化胶制作的包层光滤除(CLS)装置，对其进行滤除。但是，现有的CLS普遍存在温度高、可靠性差的缺点，成为制约高能光纤激光器向高功率发展的一个重要因素。究其原因，是因为泵浦光和包层中高阶激光在CLS中被滤除后，没有得到外界充分吸收，反而被反射回来重新进入光纤包层甚至光纤纤芯中，造成滤除效率下降，CLS本身因为吸收反射波而温度提高，降低系统可靠性。
常规的CLS是将光纤放入冷却底板的光纤槽中，采用由高折射率的紫外固化胶将其覆盖，被滤除的泵浦光和包层中高阶激光模式直接向四周散射。这种装置将导致被滤除的光通过自身光纤槽和盖板反射回来，被高折射率的紫外固化胶吸收，并重新进入包层，加大了整个装置的热负荷，导致其工作可靠性下降，滤除光重新进入纤芯会降低激光器光束输出质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种包层光耗散装置，以解决技术背景中存在的问题。
一种包层光耗散装置，其特征在于，包括滤除器盖板1和滤除器底板2，其中，滤除器盖板1盖在滤除器底板2上；
有一个黑硅纳米结构光吸收槽15纵向贯穿滤除器盖板1下表面，用于吸收滤除器滤出的包层光，并将光能转换为电能导出；
在滤除器盖板1的下表面，在黑硅纳米结构光吸收槽15两侧分别有与黑硅纳米结构光吸收槽15垂直的导线槽，其中一边的导线槽是第一导线槽11和第二导线槽12，另一边的导线槽是第三导线槽13和第四导线槽14，在滤除器盖板1的下表面，在中部的一侧设有第一导线16；
滤除器底板2上表面有与滤除器盖板1的黑硅纳米结构光吸收槽15对应处有光纤槽25，在光纤槽25两侧与滤除器盖板1上，与第一导线槽对应处有第五导线槽，与第二导线槽对应处有第六导线槽，与第三导线槽对应处有第七导线槽，与第四导线槽对应处有第八导线槽；有一个冷却水通道26纵向贯穿于滤除器底板2的下面部分；
将滤除器盖板1安置在滤除器底板2上面，并将相应的导线槽对齐，黑硅纳米结构光吸收槽15与光纤槽25对齐，在第一导线槽11与第五导线槽21形成的孔中放置第一温度传感及显示装置3的第一温度探测头31，第一温度探测头31的里端边缘与黑硅纳米结构光吸收槽15与光纤槽25的边缘连在一起，第一导线32的一端与第一温度探测头31的外端连接，另一端与在外部的第一显示器33连接；同样，第二导线槽12与第六导线槽22形成的孔中放置第二温度传感及显示装置4的第二温度探测头41，第二导线42的一端与第二温度探测头41的外端连接，另一端与在外部的第二显示器43连接；第三导线槽13与第五导线槽23形成的孔中放置第三温度传感及显示装置5的第三温度探测头51，第三导线52的一端与第三温度探测头51的外端连接，另一端与在外部的第三显示器53连接；第四导线槽14与第八导线槽24形成的孔中放置第四温度传感及显示装置6的第四温度探测头61，第四导线62的一端与第四温度探测头61的外端连接，另一端与在外部的第四显示器63连接。
所述的黑硅纳米结构光吸收槽15内表面材料是对光具有高吸收率的黑硅型太阳能电池材料；
所述的黑硅纳米结构光吸收槽15的内壁表面为连续的波纹状、锯齿状或晶锥状凸起。
所述滤除器底板2的材料是热导率高的固态金属或固态合金。
所述滤除器底板2的材料是是无氧铜、铝或铝合金。
所述光纤槽25是U型槽、V型槽或矩型槽；所述的冷却水通道26是圆形、矩形或椭圆形。
本发明的有益效果除了具有常规滤除器的滤除功能之外，通过滤除器盖板上的黑硅纳米结构光吸收槽15充分吸收光和防止光返回光纤，并将吸收的包层光转换为电能由导线导出，由此产生的热能经自身散出或导入底板，避免滤除器本身温升，有效降低滤除器温度，提升其工作可靠性。该装置提高滤除效率，降低了滤除风险，保证系统可靠性以及输出光束质量。
附图说明
图1、为本发明的俯视图；
图2、为图1的A-A剖视图；
图3、为本发明的滤除器盖板1的俯视图；
图4、为图3的B-B剖视图；
图5、为本发明的滤除器底板2的俯视图；
图6、为图5的C-C剖视图。
具体实施方式
一种包层光耗散装置，其特征在于，包括滤除器盖板1和滤除器底板2，其中，滤除器盖板1盖在滤除器底板2上；
有一个黑硅纳米结构光吸收槽15纵向贯穿滤除器盖板1下表面，用于吸收滤除器滤出的包层光，并将光能转换为电能导出；
在滤除器盖板1的下表面，在黑硅纳米结构光吸收槽15两侧分别有与黑硅纳米结构光吸收槽15垂直的导线槽，其中一边的导线槽是第一导线槽11和第二导线槽12，另一边的导线槽是第三导线槽13和第四导线槽14，在滤除器盖板1的下表面，在中部的一侧设有第一导线16；
滤除器底板2上表面有与滤除器盖板1的黑硅纳米结构光吸收槽15对应处有光纤槽25，在光纤槽25两侧与滤除器盖板1上，与第一导线槽对应处有第五导线槽，与第二导线槽对应处有第六导线槽，与第三导线槽对应处有第七导线槽，与第四导线槽对应处有第八导线槽；有一个冷却水通道26纵向贯穿于滤除器底板2的下面部分；
将滤除器盖板1安置在滤除器底板2上面，并将相应的导线槽对齐，黑硅纳米结构光吸收槽15与光纤槽25对齐，在第一导线槽11与第五导线槽21形成的孔中放置第一温度传感及显示装置3的第一温度探测头31，第一温度探测头31的里端边缘与黑硅纳米结构光吸收槽15与光纤槽25的边缘连在一起，第一导线32的一端与第一温度探测头31的外端连接，另一端与在外部的第一显示器33连接；同样，第二导线槽12与第六导线槽22形成的孔中放置第二温度传感及显示装置4的第二温度探测头41，第二导线42的一端与第二温度探测头41的外端连接，另一端与在外部的第二显示器43连接；第三导线槽13与第五导线槽23形成的孔中放置第三温度传感及显示装置5的第三温度探测头51，第三导线52的一端与第三温度探测头51的外端连接，另一端与在外部的第三显示器53连接；第四导线槽14与第八导线槽24形成的孔中放置第四温度传感及显示装置6的第四温度探测头61，第四导线62的一端与第四温度探测头61的外端连接，另一端与在外部的第四显示器63连接。
所述的黑硅纳米结构光吸收槽15内表面材料是对光具有高吸收率的黑硅型太阳能电池材料；
所述的黑硅纳米结构光吸收槽15的内壁表面为连续的波纹状、锯齿状或晶锥状凸起。
所述滤除器底板2的材料是热导率高的固态金属或固态合金。
所述滤除器底板2的材料是是无氧铜、铝或铝合金。
所述光纤槽25是U型槽、V型槽或矩型槽；所述的冷却水通道26是圆形、矩形或椭圆形。
本发明公开一种新型的包层光耗散装置，其特征在于通过滤除器盖板下表面的黑硅纳米结构光吸收槽能充分吸收滤除器滤出的包层光，并将光能转换为电能导出，有效保证滤除器散热。其结构包括：
一滤除器盖板1，其结构如图3所示；
一滤除器底板2，其结构如图5所示，滤除器盖板1和滤除器底板2通过螺母连接并固定，滤除器底板2上的光纤槽25用于放置并固定传能光纤，并在传能光纤四周均匀涂有高折射率的紫外固化胶，将光纤包层中的光导出；
滤除器盖板1，其为滤除器滤出的包层光耗散装置，其结构包含有一导线槽11、一导线槽12、一导线槽13、一导线槽14、一黑硅纳米结构光吸收槽15和一导线16。滤除器盖板1的黑硅纳米结构光吸收槽15的表面材料是对光具有高吸收率的黑硅型太阳能电池材料，其黑硅纳米结构光吸收槽15可以是U型槽、V型槽、矩型槽等，其表面可以是波纹状、锯齿状、晶锥状等，增加对包层光的吸收面积，其对300－1100μm的光的吸收率高于95％，对吸收的光的光电转换效率高于15％，可以将入射到其上的包层光转换为电能，产生的电由盖板1上所接导线16接地导出，由此产生的热经自身散出或者导入滤除器底板2；
滤除器底板2，其为滤除器的包层光滤除装置，其结构包含有一导线槽21、一导线槽22、一导线槽23、一导线槽24、一光纤槽25和一冷却水通道26。滤除器底板2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，其光纤槽25可以是U型槽、V型槽、矩型槽等，其水道26可以是圆形、矩形、椭圆形等；
本发明的包层光耗散装置，其上安装有温度传感显示装置，其中温度传感显示装置3安装在导线槽11和导线槽21中、温度传感显示装置4安装在导线槽12和导线槽22中、温度传感显示装置5安装在导线槽13和导线槽23中、温度传感显示装置6安装在导线槽14和导线槽24中，如图1所示。图2是其A-A剖视图，滤除器盖板1的下表面有黑硅纳米结构光吸收槽15，其局部放大图如右图所示。滤除光在黑硅纳米结构光吸收槽15内经多次反射后被充分吸收，由此产生的热量经盖板自身散出或导入底板2，产生的电能有导线16接地导出。滤除器底板2上表面刻有光纤槽25，需要散热的光纤嵌入光纤槽25内。温度传感及显示装置3、温度传感及显示装置4、温度传感及显示装置5、温度传感及显示装置6分别通过测量并显示光纤槽内四个点的温度，由此可以时刻监控包层光耗散装置内部温度。冷却液流经冷却水通道26，在此过程中将包层光耗散装置产生的热不断带走，实现散热的目的。
一种新型的包层光耗散装置，其特征在于通过滤除器盖板下表面的黑硅纳米结构光吸收槽充分吸收滤除器滤出的包层光，并将光能转换为电能导出，有效保证滤除器散热。其结构包括：
一滤除器盖板1；
一滤除器底板2；
其中滤除器盖板1和滤除器底板2通过螺母连接固定。
所述的滤除器盖板1，其为滤除器滤出包层光的耗散装置，其结构包含有一导线槽11、一导线槽12、一导线槽13、一导线槽14、一黑硅纳米结构光吸收槽15和一导线16。
所述滤除器底板2，其为滤除器的包层光滤除装置，其结构包含有一导线槽21、一导线槽22、一导线槽23、一导线槽24、一光纤槽25和一冷却水通道26。
所述的包层光耗散装置，其上安装有温度传感显示装置，其中温度传感显示装置3安装在导线槽11和导线槽21中、温度传感显示装置4安装在导线槽12和导线槽22中、温度传感显示装置5安装在导线槽13和导线槽23中、温度传感显示装置6安装在导线槽14和导线槽24中。
所述的滤除器盖板为黑硅纳米结构光吸收槽15，其对300-1100μm的光的吸收率高于95％，对吸收的光的光电转换效率高于15％，可以将入射到其上的包层光转换为电能，产生的电由盖板1上所接导线16接地导出。
所述的新型的包层光耗散装置，其中所述滤除器盖板1的黑硅纳米结构光吸收槽15内表面材料是对光具有高吸收率的黑硅型太阳能电池材料，其黑硅纳米结构光吸收槽15可以是U型槽、V型槽、矩型槽等，其表面可以是波纹状、锯齿状、晶锥状等，增加对包层光的吸收面积。
所述的新型的包层光耗散装置，其中所述滤除器底板2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，其光纤槽25可以是U型槽、V型槽、矩型槽等，其水道26可以是圆形、矩形、椭圆形等。
因此本发明提供一种新型的包层光耗散装置，可以有效的防止滤除器所导出的包层光再次返回光纤，以及充分的将滤除器所导出的包层光吸收并将转化的电能及热量耗散。
一种新型的包层光耗散装置，通过其盖板下表面的黑硅纳米结构光吸收槽吸收滤除器滤出的包层光，并可以将光能转换为电能导出，防止其反射进入光纤中，有效保证滤除器散热，提升其工作可靠性。本发明免维护，易于实现产业化。
提出一种新型的包层光耗散装置，通过滤除器盖板下表面的黑硅纳米结构光吸收槽充分吸收光和防止光返回光纤，该黑硅纳米结构光吸收槽由等离子体侵没离子注入技术等方法置备，其原理为将硅片直接浸没在等离子体中，然后在硅片上施加负偏压，由于在硅片表面形成鞘层，所以硅片表面各处将同时被注入反应离子，并与硅片发生反应形成黑硅，其对300-1100μm的光的吸收率高于95％，对吸收的光的光电转换效率高于15％，由此产生的热经盖板自身散出或导入底板，电能由盖板上的导线接地导出，有效保证滤除器散热，提升滤除器的工作可靠性。本发明具有结构紧凑，可靠性高，易于集成，免维护，可实现商业化生产等优点。
本发明提供一种新型的包层光耗散装置，其结构包括：
一滤除器盖板1，其包括有一导线槽11、一导线槽12、一导线槽13、一导线槽14、一黑硅纳米结构光吸收槽15和一导线16；
一滤除器底板2，其包含有一导线槽21、一导线槽22、一导线槽23、一导线槽24、一光纤槽25和一冷却水通道26；
一温度传感及显示装置3，包括一温度探测头31、一导线32、一显示器33；
一温度传感及显示装置4，包括一温度探测头41、一导线42、一显示器43；
一温度传感及显示装置5，包括一温度探测头51、一导线52、一显示器53；
一温度传感及显示装置6，包括一温度探测头61、一导线62、一显示器63；
四个温度传感及显示装置分别布置在底板与盖板之间的导线槽中。
本发明中滤除器盖板1选材为导热性能优良而且物化性质稳定，且对光具有良好吸收率的金属或非金属合成材料，例如硅等，滤除器盖板1可以是方形、长方形、圆形等；滤除器底板2选用导热性能优良而且物化性质稳定的金属或者合金材料，例如无氧铜、镀银紫铜、氧化铍等，滤除器底板2可以是方形、长方形、圆形等；。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种包层光耗散装置，其特征在于，包括滤除器盖板(1)和滤除器底板(2)，其中，滤除器盖板(1)盖在滤除器底板(2)上；
有一个黑硅纳米结构光吸收槽(15)纵向贯穿滤除器盖板(1)下表面，用于吸收滤除器滤出的包层光，并将光能转换为电能导出；
在滤除器盖板(1)的下表面，在黑硅纳米结构光吸收槽(15)两侧分别有与黑硅纳米结构光吸收槽(15)垂直的导线槽，其中一边的导线槽是第一导线槽(11)和第二导线槽(12)，另一边的导线槽是第三导线槽(13)和第四导线槽(14)，在滤除器盖板(1)的下表面，在中部的一侧设有第一导线(16)；
滤除器底板(2上表面有与滤除器盖板1的黑硅纳米结构光吸收槽15对应处有光纤槽(25，在光纤槽25两侧与滤除器盖板1上，与第一导线槽对应处有第五导线槽，与第二导线槽对应处有第六导线槽，与第三导线槽对应处有第七导线槽，与第四导线槽对应处有第八导线槽；有一个冷却水通道26纵向贯穿于滤除器底板2的下面部分；
将滤除器盖板(1)安置在滤除器底板(2)上面，并将相应的导线槽对齐，黑硅纳米结构光吸收槽(15)与光纤槽(25)对齐，在第一导线槽(11)与第五导线槽(21)形成的孔中放置第一温度传感及显示装置(3的第一温度探测头(31)，第一温度探测头(3)1的里端边缘与黑硅纳米结构光吸收槽(15)与光纤槽(25)的边缘连在一起，第一导线32)的一端与第一温度探测头(31)的外端连接，另一端与在外部的第一显示器33)连接；同样，第二导线槽(12)与第六导线槽(22)形成的孔中放置第二温度传感及显示装置(4)的第二温度探测头(41)，第二导线(42)的一端与第二温度探测头(41)的外端连接，另一端与在外部的第二显示器(43)连接；第三导线槽13)与第五导线槽(23)形成的孔中放置第三温度传感及显示装置(5)的第三温度探测头(51)，第三导线(52)的一端与第三温度探测头(51)的外端连接，另一端与在外部的第三显示器(53)连接；第四导线槽(14)与第八导线槽(24)形成的孔中放置第四温度传感及显示装置(6)的第四温度探测头(61)，第四导线(62)的一端与第四温度探测头(61)的外端连接，另一端与在外部的第四显示器(63)连接。
2.根据权利要求1所述的一种包层光耗散装置，其特征在于，所述的黑硅纳米结构光吸收槽(15内表面材料是对光具有高吸收率的黑硅型太阳能电池材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种包层光耗散装置，其特征在于，所述的黑硅纳米结构光吸收槽(15)的内壁表面为连续的波纹状、锯齿状或晶锥状凸起。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种包层光耗散装置，其特征在于，所述滤除器底板(2的材料是热导率高的固态金属或固态合金。
5.根据权利要求4所述的一种包层光耗散装置，其特征在于，所述滤除器底板(2)的材料是是无氧铜、铝或铝合金。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种包层光耗散装置，其特征在于，所述光纤槽(25)是U型槽、V型槽或矩型槽；所述的冷却水通道(26)是圆形、矩形或椭圆形。
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