CN107402421B - 一种高承载功率光纤熔点的封装装置及封装方法 - Google Patents

一种高承载功率光纤熔点的封装装置及封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高承载功率光纤熔点的封装装置，包括：散热冷板，其表面开有封装凹槽，封装凹槽内沿长度方向并排布置多个独立的光纤熔点凹槽，多个光纤熔点凹槽两侧的两侧分别设置一个凹槽侧压条，凹槽侧压条和多个光纤熔点凹槽形成的并排结构的两端各压装一个凹槽端头固定压块；光纤熔点凹槽内放置熔接光纤，光纤熔点置于光纤熔点凹槽内，光纤熔点处涂折射率胶；透明防尘盖板，盖装在凹槽侧压条、多个光纤熔点凹槽和凹槽端头固定压块上方，并与凹槽端头固定压块和散热冷板固定。本发明解决了高承载功率光纤熔点阵列的排布，优化光纤激光器系统整体布局；解决了高承载功率光纤激光熔点的更换和维护的方便快捷，消除每个熔点之间的互相干扰。

Description

一种高承载功率光纤熔点的封装装置及封装方法
技术领域
本发明属于光纤激光器技术领域，尤其是高功率光纤激光器或高功率光纤激光放大器领域，具体涉及一种高承载功率光纤熔点的封装装置及封装方法。
背景技术
随着大功率光纤激光器输出功率水平的不断提高，单根光纤内承载泵浦光功率和主激光功率在不断的提高，快速的提高至数千瓦量级；同时，光纤和光纤熔点的数量也越来越多，光纤激光器系统越来越复杂，因此，对承载了超高功率水平的光纤熔点的处理和封装，成为了提升高功率光纤激光器输出功率水平和技术指标的核心关键技术问题。
目前，千瓦及其以下的光纤激光器中，对熔点的处理，非常简单，采用涂覆机对熔点进行涂覆，保护起熔点，然后将熔点放置在热沉冷板上通过传导冷却的方法散热。或者采用夹具涂覆的工艺，例如专利CN105938221A所公开的方案，采用基于石英管的光纤熔点涂覆封装治具对熔点封装的方法。
但是该类方法的光纤熔点可以承载千瓦以下的泵浦和激光熔点，对于数千瓦的泵浦光纤熔点、数十根的集束化的高承载功率光纤熔点来说，已经不能够满足要求，轻则造成熔点烧毁，重则造成系统、器件或泵浦源的损伤或烧毁，后果非常严重。并且该类方法，对于处理大量高承载功率熔点时，不利于维护，容错率也较低，排布也不美观，散热也不好；一旦有一个熔点重新再熔接，就会出现承载数千瓦的光纤重叠，无法排布，给高功率光纤激光器系统造成巨大的光路布局困难。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种高承载功率光纤熔点的封装装置及封装方法，解决超大承载功率光纤熔点、不同模场结构光纤熔点、数十根集束化超高承载功率光纤熔点阵列的封装和处理，对高功率光纤激光器光纤光路布局、系统稳定性和可靠性提供良好的解决方案。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高承载功率光纤熔点的封装装置，其包括：散热冷板1，其表面开有封装凹槽，封装凹槽内沿长度方向并排布置多个独立的光纤熔点凹槽4，多个光纤熔点凹槽4两侧的两侧分别设置一个凹槽侧压条6，凹槽侧压条6和多个光纤熔点凹槽4形成的并排结构的两端各压装一个凹槽端头固定压块3；光纤熔点凹槽4内放置熔接光纤2，光纤熔点5置于光纤熔点凹槽4内，光纤熔点5处涂折射率胶；透明防尘盖板7，盖装在凹槽侧压条6、多个光纤熔点凹槽4和凹槽端头固定压块3上方，并与凹槽端头固定压块3和散热冷板1固定。
其中，所述散热冷板1为液冷板，实现恒温控温。
其中，所述光纤2由两根不同模场结构或相同模场结构的光纤熔接而成。
其中，所述光纤熔点凹槽4与散热冷板1之间用导热脂填充。
其中，每个所述凹槽侧压条6和光纤熔点凹槽4的两端分别设置L形台阶，相对应地，凹槽端头固定压块3上开设倒L形台阶，使得凹槽端头固定压块3压装在凹槽侧压条6和光纤熔点凹槽4上之后，L形台阶和倒L形台阶相匹配，实现凹槽端头固定压块3对凹槽侧压条6和光纤熔点凹槽4的压装和定位。
其中，所述散热冷板1、凹槽端头固定压块3、凹槽侧压条6和透明防尘盖板7上均开设有安装孔，通过螺栓实现透明防尘盖板7与散热冷板1、凹槽端头固定压块3、凹槽侧压条6的安装固定。
其中，所述折射率胶根据预定折射率配比，通过折射率的变化，破坏光纤的波导结构或形成新的光波导结构，同时保护熔点处光纤不受污染和损伤；当超高功率泵浦激光或主激光通过的时候，由于熔点熔接损耗、散射以及模场不匹配的原因而导致的大量激光通过折射率胶的引导，散射到空中或者光纤熔点凹槽4上，再通过光纤熔点凹槽4将热快速传导至散热冷板1，将热导走。
本发明还提供一种高承载功率光纤熔点的封装方法，其包括以下过程：
1、在散热冷板1表面开设封装凹槽；
2、把一条凹槽侧压条6沿封装凹槽长度方向放入封装凹槽内侧，然后将多个光纤熔点凹槽4依次整齐排入，再把另外一根凹槽侧压条6放入封装凹槽外侧；
3、把两个凹槽端头固定压块3放至光纤熔点凹槽4的两端，由此把组装好的凹槽侧压条6和多个光纤熔点凹槽4固定；
4、把光纤熔点按照位置，一根一根的排列放置入光纤熔点凹槽4，在熔点处和凹槽内涂胶并固化；
5、把透明防尘盖板7安装在熔点阵列上方并固定，完成高承载功率光纤熔点阵列的封装。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的高承载功率光纤熔点的封装装置及封装方法，解决了高承载功率光纤熔点阵列的排布，优化光纤激光器系统整体布局；并且通过巧妙的结构设计，解决了高承载功率光纤激光熔点的更换和维护的方便快捷，使得每一个熔点之间没有互相干扰问题；高功率光纤激光器系统的整体优化，光纤光路布局，系统稳定性和维修性都具有极大的提升，为高功率光纤激光器系统处理超高功率光纤熔点提供了一种卓越的方法。
附图说明
图1为本发明高承载功率光纤熔点封装装置的结构分解图。
图2为本发明高承载功率光纤熔点封装装置的合成结构图。
图3为本发明中单根光纤熔点在单条独立光纤熔点凹槽内封装的示意图。
图中，1为散热冷板，2为光纤，3为凹槽端头固定压块，4为光纤熔点凹槽、5为光纤熔点(两侧光纤的模场结构一致与不一致均可)，6为凹槽侧压条、7为透明防尘盖板。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
随着光纤激光器功率和性能的不断提高，对光纤熔点的要求也越来越高，光纤熔点的制作也越来越复杂，各种模场结构光纤的熔接，对光纤熔点封装保护也成了光纤激光器系统整机稳定性和可靠性的关键环节。
本发明是针对承载高功率的泵浦光纤、大模场光纤等光纤熔点的封装，以及超高功率光纤熔点阵列的封装，不仅仅适用于相同模场结构光纤熔点的封装，尤其针对不同模场结构光纤熔接后的熔点的涂覆、封装、维护，提升光纤熔点在高承载功率、超高承载功率工作情况下的可靠性和稳定性，为高功率光纤激光器提供了一种方便、快捷、维护方便的封装方案。
参照图1所示，本实施例高承载功率光纤熔点的封装装置包括：散热冷板1，其表面开有封装凹槽，封装凹槽内沿长度方向并排布置多个独立的光纤熔点凹槽4，多个光纤熔点凹槽4两侧的两侧分别设置一个凹槽侧压条6，凹槽侧压条6和多个光纤熔点凹槽4形成的并排结构的两端各压装一个凹槽端头固定压块3；光纤熔点凹槽4内放置熔接光纤2，光纤熔点5置于光纤熔点凹槽4内，光纤熔点5处涂折射率胶；透明防尘盖板7，盖装在凹槽侧压条6、多个光纤熔点凹槽4和凹槽端头固定压块3上方，并与凹槽端头固定压块3和散热冷板1固定。上述结构组合完毕后，总体装配图如图2所示。
为了实现良好的散热功能，散热冷板1为液冷板，可以实现恒温控温。
光纤2是由两根不同模场结构或相同模场结构的光纤熔接而成。
光纤熔点凹槽4与散热冷板1之间用导热脂填充。折射率胶根据一定折射率配比，通过折射率的变化，破坏光纤的波导结构或形成新的光波导结构，同时保护熔点处光纤不受污染和损伤。当超高功率泵浦激光或主激光通过的时候，由于熔点熔接损耗、散射以及模场不匹配的原因而导致的大量激光通过折射率胶的引导，散射到空中或者光纤熔点凹槽4上，再通过光纤熔点凹槽4将热快速传导至散热冷板1，将热导走。
为了提高整个装置结构的稳定性，每个凹槽侧压条6和光纤熔点凹槽4的两端分别设置L形台阶，相对应地，凹槽端头固定压块3上开设倒L形台阶，使得凹槽端头固定压块3压装在凹槽侧压条6和光纤熔点凹槽4上之后，L形台阶和倒L形台阶相匹配，实现凹槽端头固定压块3对凹槽侧压条6和光纤熔点凹槽4的压装和定位。
散热冷板1、凹槽端头固定压块3、凹槽侧压条6和透明防尘盖板7上均开设有安装孔，通过螺栓实现透明防尘盖板7与散热冷板1、凹槽端头固定压块3、凹槽侧压条6的安装固定。
由于一台激光器会有数根、甚至数十根熔接光纤，对于批量的处理，本发明就具有良好的扩展性，并且具有良好的维护性。一旦由于某种原因，某一个熔点需要更换，只需要将透明防尘盖板7取掉，把两端的两块凹槽端头固定压块3从侧面拉出来，解决了凹槽端头固定压块3与光纤2结构上的干涉问题，然后把散热冷板1外侧的凹槽侧压条6取掉，然后把需要更换的熔点连带光纤熔点凹槽4一并从上方取出，并不影响其他路光纤熔点和光纤熔点凹槽。然后将新的光纤熔点凹槽替换刚才取出来的光纤熔点凹槽，然后将熔点重新熔接，放入新替换的光纤熔点凹槽中、涂胶，重新将凹槽侧压条6固定，两端的两块凹槽端头固定压块3从光纤底部推入、紧固。这样就完成了高承载功率光纤熔点阵列中，任何一根光纤熔点更换的问题。
由此，本发明通过光折胶的导光作用以及光纤熔点凹槽4的散热结构，解决了超高承载功率泵浦光纤熔点和主激光光纤熔点的光学问题和热管理问题；同时，也通过凹槽侧压条6和两端的两块凹槽端头固定压块3的设计，实现了任意路超高承载功率光纤熔点的集束排列问题，并且美观、简捷、实用；同时还解决了任意一根熔点的随意更换问题。
基于上述封装装置，本发明的封装方法包括以下过程：
1、在散热冷板1表面开设封装凹槽；
2、把一条凹槽侧压条6沿封装凹槽长度方向放入封装凹槽内侧，然后将多个光纤熔点凹槽4依次整齐排入，再把另外一根凹槽侧压条6放入封装凹槽外侧；
3、把两个凹槽端头固定压块3放至光纤熔点凹槽4的两端，由此把组装好的凹槽侧压条6和多个光纤熔点凹槽4固定；
4、把光纤熔点按照位置，一根一根的排列放置入光纤熔点凹槽4，在熔点处和凹槽内涂胶并固化；
5、把透明防尘盖板7安装在熔点阵列上方并固定，完成高承载功率光纤熔点阵列的封装。
由上述技术方案可以看出，本发明基于折射率配比的折射率胶，通过折射率的变化，破坏光纤的波导结构或形成新的光波导结构，将熔点熔接损耗、散射以及模场不匹配的原因而导致的大量激光通过光折胶的引导，散射到空中或者光纤熔点凹槽上，再通过凹槽将热快速传导至冷板，实现超高功率的激光通过光纤熔点；基于凹槽端头固定压块、光纤熔点凹槽以及凹槽侧压条的巧妙设计，解决了任意根超高承载功率光纤熔点的阵列排布；解决了任意一根光纤熔点的更换，提高了维修性；解决了光纤激光系统光纤光路的优化布局问题；整体上方便、紧凑、美观、高效、实用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高承载功率光纤熔点的封装装置，其特征在于，包括：散热冷板(1)，其表面开有封装凹槽，封装凹槽内沿长度方向并排布置多个独立的光纤熔点凹槽(4)，多个光纤熔点凹槽(4)的两侧分别设置一个凹槽侧压条(6)，凹槽侧压条(6)和多个光纤熔点凹槽(4)形成的并排结构的两端各压装一个凹槽端头固定压块(3)；光纤熔点凹槽(4)内放置熔接光纤(2)，光纤熔点(5)置于光纤熔点凹槽(4)内，光纤熔点(5)处涂折射率胶；透明防尘盖板(7)，盖装在凹槽侧压条(6)、多个光纤熔点凹槽(4)和凹槽端头固定压块(3)上方，并与凹槽端头固定压块(3)和散热冷板(1)固定；
每个所述凹槽侧压条(6)和光纤熔点凹槽(4)的两端分别设置L形台阶，相对应地，凹槽端头固定压块(3)上开设倒L形台阶，使得凹槽端头固定压块(3)压装在凹槽侧压条(6)和光纤熔点凹槽(4)上之后，L形台阶和倒L形台阶相匹配，实现凹槽端头固定压块(3)对凹槽侧压条(6)和光纤熔点凹槽(4)的压装和定位。
2.如权利要求1所述的高承载功率光纤熔点的封装装置，其特征在于，所述散热冷板(1)为液冷板，实现恒温控温。
3.如权利要求1所述的高承载功率光纤熔点的封装装置，其特征在于，所述光纤(2)由两根不同模场结构或相同模场结构的光纤熔接而成。
4.如权利要求1所述的高承载功率光纤熔点的封装装置，其特征在于，所述光纤熔点凹槽(4)与散热冷板(1)之间用导热脂填充。
5.如权利要求1所述的高承载功率光纤熔点的封装装置，其特征在于，所述散热冷板(1)、凹槽端头固定压块(3)、凹槽侧压条(6)和透明防尘盖板(7)上均开设有安装孔，通过螺栓实现透明防尘盖板(7)与散热冷板(1)、凹槽端头固定压块(3)、凹槽侧压条(6)的安装固定。
6.如权利要求1所述的高承载功率光纤熔点的封装装置，其特征在于，所述折射率胶根据预定折射率配比，通过折射率的变化，破坏光纤的波导结构或形成新的光波导结构，同时保护熔点处光纤不受污染和损伤；当超高功率泵浦激光或主激光通过的时候，由于熔点熔接损耗、散射以及模场不匹配的原因而导致的大量激光通过折射率胶的引导，散射到空中或者光纤熔点凹槽(4)上，再通过光纤熔点凹槽(4)将热快速传导至散热冷板(1)，将热导走。
7.一种高承载功率光纤熔点的封装方法，其特征在于，包括以下过程：
( 1) 、在散热冷板(1)表面开设封装凹槽；
( 2) 、把一条凹槽侧压条(6)沿封装凹槽长度方向放入封装凹槽内侧，然后将多个光纤熔点凹槽(4)依次整齐排入，再把另外一根凹槽侧压条(6)放入封装凹槽外侧；
( 3) 、把两个凹槽端头固定压块(3)放至光纤熔点凹槽(4)的两端，由此把组装好的凹槽侧压条(6)和多个光纤熔点凹槽(4)固定；
( 4) 、把光纤熔点按照位置，一根一根的排列放置入光纤熔点凹槽(4)，在熔点处和凹槽内涂胶并固化；
( 5) 、把透明防尘盖板(7)安装在熔点阵列上方并固定，完成高承载功率光纤熔点阵列的封装。
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