CN109239848A - 一种光纤合束器 - Google Patents

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Abstract

本发明通过在光纤合束器中设置光纤包层功率剥离装置，将输入光纤或输出光纤穿过光纤包层功率剥离装置，经光纤包层功率剥离装置泄露的激光，透过封装基板直接辐射到封装壳体上，封装壳体将大部分泄露的激光吸收并转化为热量，防止泄露的激光进一步反射，造成对光纤合束器的损伤；同时，在封装壳体上设置互相连接的温度监控装置和制冷装置，通过温度监控装置监测封装壳体的温度，当温度升至启动温度时，使制冷装置启动，将封装壳体上多余的热量释放，使得本光纤合束器在高功率场合也能处于合理温度，不会因高功率场合而损坏，应用范围广。

Description

一种光纤合束器
技术领域
本发明实施例涉及合束器领域，尤其涉及一种光纤合束器。
背景技术
随着光纤激光技术的迅速发展，光纤激光器的特点和优势已经逐渐被任务所认识，光纤激光器在国防、工业加工、医疗等领域的应用越来越广泛。市场对光纤激光器的需求逐年增加，并对光纤激光器提出了更高功率的要求。
目前，由于激光泵浦结构、光纤承受功率等原因，单模光纤激光器的最高输出仅能达到千瓦至万瓦级别。为了得到更高的激光输出功率，光纤合束器是提高光纤激光器输出功率最直接的办法，将多束激光同时输入光纤合束器，可获得十万瓦级输出功率的高功率光纤激光器，因此光纤合束器是高功率光纤激光器的关键光纤器件之一。
目前，光纤合束器的封装结构主要采用胶水封装或直接水冷等方式进行封装，但胶水封装方式没有主动散热装置，无法应对高功率光纤激光器的输出功率，易使得高功率光纤激光器因输出功率较高，导致温度较高而烧坏；而直接水冷方式则是将光纤合束器的壳体设置液体进出口并分别与水循环装置连接，但该方法的应用过程中，光纤长期浸泡在水中，某些杂质离子会影响光纤的长期稳定性，对水质的要求极高。
因此，目前缺乏一种散热效果好，长期稳定性好的光纤合束器，针对高功率光纤激光器的应用，能保证高功率光纤激光器的散热效果好，且长期稳定性好。
发明内容
为了解决目前缺乏一种散热效果好，长期稳定性好的光纤合束器，本发明提供了一种光纤合束器，包括：输入光纤1、输出光纤2、封装基板4、封装壳体5、光纤包层功率剥离装置3、温度监控装置8和制冷装置；光纤包层功率剥离装置3靠近输入光纤1和输出光纤2的熔接点；输入光纤1或输出光纤2穿过光纤包层功率剥离装置3中；输入光纤1和输出光纤2分别与封装基板4贴合，封装基板4和光纤包层功率剥离装置3均设于封装壳体5的内部；温度监控装置8和制冷装置分别设于封装壳体5上，制冷装置与温度监控装置8相连。
优选地，制冷装置包括互相连接的被动制冷装置和主动制冷装置54，被动制冷装置和主动制冷装置54分别设于封装壳体5上。
优选地，被动制冷装置包括被动风冷散热装置52或被动水冷散热装置53；被动水冷散热装置53的水冷管嵌入封装壳体5的内部，水冷管与输入光纤1或输出光纤2平行；被动风冷散热装置52的散热片垂直设于封装壳体5上。
优选地，本光纤合束器还包括功率传感装置，功率传感装置嵌设于封装壳体5的侧壁的卡槽中。
优选地，功率传感装置包括第一功率传感器6和第二功率传感器7，第一功率传感器6设于光纤包层功率剥离装置3靠近输出光纤2的一侧，第二功率传感器7设于光纤包层功率剥离装置3靠近输入光纤1的一侧。
优选地，主动制冷装置54的启动温度高于被动制冷装置的启动温度。
优选地，输入光纤1或输出光纤2通过激光刻蚀或化学腐蚀处理。
优选地，主动制冷装置54包括主动半导体制冷装置。
优选地，输入光纤1和输出光纤2分别通过光固胶与封装基板4贴合；输入光纤1为多根，多根输入光纤1互相分开。
优选地，光纤包层功率剥离装置3与熔接点的距离为2～5cm。
本发明通过在光纤合束器中设置光纤包层功率剥离装置，将输入光纤或输出光纤穿过光纤包层功率剥离装置，经光纤包层功率剥离装置泄露的激光，透过封装基板直接辐射到封装壳体上，封装壳体将大部分泄露的激光吸收并转化为热量，防止泄露的激光进一步反射，造成对光纤合束器的损伤；同时，在封装壳体上设置互相连接的温度监控装置和制冷装置，通过温度监控装置监测封装壳体的温度，当温度升至启动温度时，使制冷装置启动，将封装壳体上多余的热量释放，使得本光纤合束器在高功率场合也能处于合理温度，不会因高功率场合而损坏，应用范围广。
附图说明
图1为根据本发明一个优选实施方式的光纤合束器的结构示意图；
图2为根据本发明一个优选实施方式的制冷装置的结构示意图。
具体实施方式
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。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
目前，光纤合束器的封装结构主要采用胶水封装或直接水冷等方式进行封装，但胶水封装方式没有主动散热装置，无法应对高功率光纤激光器的输出功率，易使得高功率光纤激光器因输出功率较高，导致温度较高而烧坏；而直接水冷方式则是将光纤合束器的壳体设置液体进出口并分别与水循环装置连接，但该方法的应用过程中，光纤长期浸泡在水中，某些杂质离子会影响光纤的长期稳定性，对水质的要求极高。
因此，目前缺乏一种散热效果好，长期稳定性好的光纤合束器，针对高功率光纤激光器的应用，能保证高功率光纤激光器的散热效果好，且长期稳定性好。
图1为根据本发明一个优选实施方式的光纤合束器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种光纤合束器，包括：输入光纤1、输出光纤2、封装基板4、封装壳体5、光纤包层功率剥离装置3、温度监控装置8和制冷装置；光纤包层功率剥离装置3靠近输入光纤1和输出光纤2的熔接点；输入光纤1或输出光纤2穿过光纤包层功率剥离装置3；输入光纤1和输出光纤2分别与封装基板4贴合，封装基板4和光纤包层功率剥离装置3均设于封装壳体5的内部；温度监控装置8和制冷装置分别设于封装壳体5上，制冷装置与温度监控装置8相连。
具体地，多根输入光纤1经过腐蚀、拉锥或套管等处理，达到合适的纤芯直径和包层直径制作形成光纤束，与输出光纤2熔接，制作成光纤合束器。
由于输入光纤1拉锥区域或输入光纤1和输出光纤2的熔接点是造成激光泄露的主要部分，这些泄露的激光通过光纤的包层传输到光纤的涂覆层上，造成光纤温度升高或光纤涂覆层损伤，极大地影响了光纤合束器的长期稳定性，因此本发明实施例在靠近熔接点处设置光纤包层功率剥离装置3，使输入光纤1或输出光纤2穿过光纤包层功率剥离装置3，将包层内的激光泄露出去，提高光纤合束器的长期稳定性。
同时，输入光纤1和输出光纤2分别与封装基板4贴合，封装基板4和光纤包层功率剥离装置3均设于封装壳体5的内部，经光纤包层功率剥离装置3泄露的激光，透过封装基板4直接辐射到封装壳体5上，封装壳体5将大部分泄露的激光吸收并转化为热量，防止泄露的激光进一步反射对光纤合束器造成损伤。其中，为了保证封装壳体5的导热性，封装壳体5使用金属材料。
另外，本发明实施例还在封装壳体5上设有互相连接的温度监控装置8和制冷装置，通过温度监控装置8监测封装壳体5的温度，当温度升至启动温度时，使制冷装置启动，将封装壳体5上多余的热量释放，使得本光纤合束器在高功率场合也能处于合理温度，不会因高功率场合而损坏。
进一步地，光纤包层功率剥离装置3与熔接点的距离为2～5cm。
需要说明的是，输入光纤1或输出光纤2通过激光刻蚀或化学腐蚀处理。
图2为根据本发明一个优选实施方式的制冷装置的结构示意图，如图2所示，制冷装置包括互相连接的被动制冷装置和主动制冷装置54，被动制冷装置和主动制冷装置54分别设于封装壳体5上。
具体地，被动制冷装置对光纤合束器提供定量的散热量，若被动制冷装置不能使光纤合束器温度降低至合理温度，使得光纤合束器温度过高，主动制冷装置54启动，与被动制冷装置一起发挥散热作用。
需要说明的是，光纤合束器高于合理温度的温差越大，驱动主动制冷装置54的电流越大，则主动制冷装置54的散热能力越强。
进一步地，主动制冷装置54包括主动半导体制冷装置。
其中，主动制冷装置54的启动温度高于被动制冷装置的启动温度。
基于上述实施例，被动制冷装置包括被动风冷散热装置52或被动水冷散热装置53；被动水冷散热装置53的水冷管嵌入封装壳体5的内部，水冷管与输入光纤1或输出光纤2平行；被动风冷散热装置52的散热片垂直设于封装壳体5上。
具体地，本发明实施例的被动制冷装置包括被动风冷散热装置52或被动水冷散热装置53，被动风冷散热装置52或被动水冷散热装置53均为间接散热，不会对光纤造成腐蚀或损坏，可选择被动风冷散热装置52或被动水冷散热装置53中的一种或两种作为被动制冷装置。
其中，被动制冷装置包括被动风冷散热装置52或被动水冷散热装置53；被动水冷散热装置53的水冷管嵌入封装壳体5的内部，水冷管与输入光纤1或输出光纤2平行；被动风冷散热装置52的散热片垂直设于封装壳体5的外壳上。
基于上述实施例，如图1所示，本发明实施例的光纤合束器还包括功率传感装置，功率传感装置嵌设于封装壳体5的侧壁的卡槽中。
具体地，本发明实施例还在封装壳体5的侧壁上开设卡槽，卡槽用于设置功率传感装置；功率传感装置通过监测功率变化，从而监测封装壳体5内部的激光传输情况。
进一步地，功率传感装置包括第一功率传感器6和第二功率传感器7，第一功率传感器6设于光纤包层功率剥离装置3靠近输出光纤2的一侧，第二功率传感器7设于光纤包层功率剥离装置3靠近输入光纤1的一侧。
具体地，通过功率异常的不同位置，能判断发生的不同异常情况。本发明实施例的功率传感装置包括第一功率传感器6和第二功率传感器7。
将第一功率传感器6设于光纤包层功率剥离装置3靠近输出光纤2的一侧，第一功率传感器6用于监控泄露的输出激光，当光纤断裂时，第一功率传感器6能采集到高电流脉冲信号，当第一功率传感器6中的电流较高时，说明光纤断裂，可通知激光器及时关闭激光输出。
将第二功率传感器7设于光纤包层功率剥离装置3靠近输入光纤1的一侧，第二功率传感器7用于监控泄露的反馈激光，当第二功率传感器7中的电流过高时，说明反馈光功率过高，可通知激光器及时关闭激光输出。
需要说明的是，输入光纤1和输出光纤2分别通过光固胶与封装基板4贴合；输入光纤1为多根，例如，输入光纤1的数量为3、7或19根；多根输入光纤1互相分开，保证输入光纤的温度不会相互影响。
本发明通过在光纤合束器中设置光纤包层功率剥离装置，将输入光纤或输出光纤穿过光纤包层功率剥离装置，经光纤包层功率剥离装置泄露的激光，透过封装基板直接辐射到封装壳体上，封装壳体将大部分泄露的激光吸收并转化为热量，防止泄露的激光进一步反射，造成对光纤合束器的损伤；同时，在封装壳体上设置互相连接的温度监控装置和制冷装置，通过温度监控装置监测封装壳体的温度，当温度升至启动温度时，使制冷装置启动，将封装壳体上多余的热量释放，使得本光纤合束器在高功率场合也能处于合理温度，不会因高功率场合而损坏。
另外，本发明还在光纤合束器的封装壳体上设有功率传感装置，功率传感装置能通过功率异常，从而检测到输入光纤的反馈光过多或输出光纤的光纤烧断，及时关闭激光器，防止光纤合束器造成损坏。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤合束器，其特征在于，包括：输入光纤(1)、输出光纤(2)、封装基板(4)、封装壳体(5)、光纤包层功率剥离装置(3)、温度监控装置(8)和制冷装置；
所述光纤包层功率剥离装置(3)靠近所述输入光纤(1)和所述输出光纤(2)的熔接点；所述输入光纤(1)或所述输出光纤(2)穿过所述光纤包层功率剥离装置(3)；所述输入光纤(1)和所述输出光纤(2)分别与所述封装基板(4)贴合，所述封装基板(4)和所述光纤包层功率剥离装置(3)均设于所述封装壳体(5)的内部；
所述温度监控装置(8)和所述制冷装置分别设于所述封装壳体(5)上，所述制冷装置与所述温度监控装置(8)相连。
2.根据权利要求1所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述制冷装置包括互相连接的被动制冷装置和主动制冷装置(54)，所述被动制冷装置和所述主动制冷装置(54)分别设于所述封装壳体(5)上。
3.根据权利要求2所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述被动制冷装置包括被动风冷散热装置(52)或被动水冷散热装置(53)；所述被动水冷散热装置(53)的水冷管嵌入所述封装壳体(5)的内部，所述水冷管与所述输入光纤(1)或所述输出光纤(2)平行；所述被动风冷散热装置(52)的散热片垂直设于所述封装壳体(5)上。
4.根据权利要求1所述的一种光纤合束器，其特征在于，还包括功率传感装置，所述功率传感装置嵌设于所述封装壳体(5)的侧壁的卡槽中。
5.根据权利要求4所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述功率传感装置包括第一功率传感器(6)和第二功率传感器(7)，所述第一功率传感器(6)设于所述光纤包层功率剥离装置(3)靠近输出光纤(2)的一侧，所述第二功率传感器(7)设于所述光纤包层功率剥离装置(3)靠近输入光纤(1)的一侧。
6.根据权利要求2所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述主动制冷装置(54)的启动温度高于所述被动制冷装置的启动温度。
7.根据权利要求1所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述输入光纤(1)或所述输出光纤(2)经过激光刻蚀或化学腐蚀处理。
8.根据权利要求2所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述主动制冷装置(54)包括主动半导体制冷装置。
9.根据权利要求1所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述输入光纤(1)和所述输出光纤(2)通过光固胶分别与所述封装基板(4)贴合；所述输入光纤(1)为多根，多根所述输入光纤(1)互相分开。
10.根据权利要求1所述的一种光纤合束器，其特征在于，所述光纤包层功率剥离装置(3)与所述熔接点的距离为2～5cm。
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