CN109449729A - 一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置 - Google Patents

一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，包括导热柱、导热层、导热管，导热柱上设置有呈螺旋状密布设置的盘旋槽，盘旋槽内壁表面设置有导热层。本发明的目的在于提供一种散热效率高、防止光纤磨损的超快脉冲激光器的光纤盘绕装置。

Description

一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置
技术领域
本发明涉及脉冲激光器技术领域，特别涉及一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置。
背景技术
目前，光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有固体和气体激光器无可比拟的优越性，包括体积小、光束质量好、电光转化效率高、运行成本低、加工精度高等；光纤激光器已经广泛应用于材料处理与机械加工高端制造产业，市场前景非常广阔。大功率光纤激光纤芯中功率密度很高，产生的热量也很高，在使用过程中必须给有源光纤进行散热盘绕，以防止光纤因发热而损坏，现有的光纤盘绕装置，通常是在散热盘上设置凹槽，将光纤盘绕在散热盘的凹槽，通过散热盘吸收光纤发出的热量，再通过散热盘与空气接触将热量散发到空气中进行光纤的散热，但这种方式在大功率的光纤持续工作下，散热效率低，发热量很高，很容易导致光纤的过热烧毁。
发明内容
本发明提供一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，用以解决光纤散热效率低的问题。
本发明的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，包括导热柱、导热层、导热管，所述导热柱上设置有呈螺旋状密布设置的盘旋槽，所述盘旋槽内壁表面设置有导热层。
为了提高光纤表面的散热效率，优选的技术方案是，所述导热层内布置有导热管，所述导热管的两端封闭，所述导热柱内设置有储液腔，所述导热柱内设置有连接孔，所述连接孔一端与所述导热管连通，所述连接孔另一端与所述储液腔连通，所述导热柱的一端端面上设置有注液管，所述注液管一端插入到所述导热柱内，并与所述储液腔连通，所述注液管另一端延伸至所述导热柱的端面之外。
为了能在注液管注入完冷却液，将注液管密封起来，优选的技术方案是，所述注液管延伸处导热柱之外的一端上设置有密封盖，所述密封盖与所述注液管螺纹连接。
为了能加速冷却液的流动，进一步提高散热效率，优选的技术方案是，还包括循环散热装置，所述循环散热装置包括箱体、气缸、储液筒、连接杆、移动板、第一液流管、第二液流管，靠近所述导热柱设置有所述注液管的一端端面处设置有箱体，所述箱体的内壁顶端设置有气缸，所述气缸的活塞杆竖直向下，所述箱体内位于所述气缸的下方设置有储液筒，所述储液筒沿竖直方向延伸，所述储液筒外壁通过连接杆与所述箱体的内壁连接，所述储液筒内设置有水平方向的移动板，所述移动板的尺寸与所述储液筒的内径尺寸相通，所述移动板能在所述储液筒内往复运动，所述储液筒的上端壁面贯穿设置有通孔，所述气缸的活塞杆的下端穿过所述通孔与移动板固定连接，所述第一液流管一端与所述储液筒上端连通，所述第一液流管另一端依次穿过所述箱体的壁面、所述导热柱与所述储液腔连通，所述第二液流管一端与所述储液筒的下端连通，所述第二液流管另一端依次穿过所述箱体的壁面、所述导热柱与所述储液腔连通。
为了有助于箱体的散热，优选的技术方案是，所述箱体的壁面上间隔均匀设置有多个散热孔，所述箱体的内壁上设置有散热扇。
为了减少光纤的磨损，优选的技术方案是，还包括防光纤磨损装置，所述防光纤磨损装置包括固定柱、套管、挡片、卡环、管型弹簧，所述导热层的表面沿周向设置有若干凹槽，所述凹槽的底壁上设置有沿盘旋槽径向延伸的固定柱，所述固定柱上安装有套管，所述套管远离所述固定柱的一端封闭，且表面为弧形，所述固定柱的上端面设置有挡片，所述套管的下端内壁上设置有卡环，所述固定柱从卡环内穿过，所述挡片的直径大于所述卡环的内径，所述套管的顶端内壁与所述挡片之间通过所述管型弹簧连接。
为了能将套管顶端表面的热量降低，优选的技术方案是，所述套管上端壁面内设置有弧形的散热管，所述散热管的两端封闭，所述套管的顶端内壁上设置有竖直方向的第一连接管，所述第一连接管上端与所述散热管连通，所述散热管的下端延伸至所述管型弹簧内，所述挡片上端面设置有竖直方向的第二连接管，所述第一连接管的下端与第二连接管的上端通过软管连接，所述第二连接管的下端依次穿过所述挡片、所述固定柱与所述导热管连通。
为了提高套管移动的平稳性，防止套管往复运动时出现晃动，优选的技术方案是，所述套管顶端内壁上设置有竖直方向的导向杆，所述挡片上设置有竖直方向的导向槽，所述导向槽贯穿所述挡片，并延伸至所述固定柱内，所述导向杆的下端插入到所述导向槽内，所述导向杆能在所述导向槽往复运动。
为了防止套管的底端端面被撞击坏，优选的技术方案是，所述凹槽的底壁设置有柔性垫。
本发明的优点在于：本发明的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，包括导热柱、导热层、导热管、储液腔、注液管，所述导热柱上设置有均匀间隔呈螺旋状布置的盘旋槽，所述盘旋槽的截面呈弧形，所述盘旋槽内壁表面设置有导热层，所述导热层采用铝材制作，具有良好的导热性能，所述导热层内布置有导热管，所述导热管的两端封闭，所述导热柱内设置有储液腔，所述导热柱内设置有连接孔，所述连接孔一端与所述导热管连通，所述连接孔另一端与所述储液腔连通，所述导热柱的一端端面上设置有注液管，所述注液管一端插入到所述导热柱内，并与所述储液腔连通，所述注液管另一端延伸至所述导热柱的端面之外。将光纤缠绕在导热柱上的盘旋槽内，当激光器在工作时，光纤产生的热量被导热层吸收，导热层内的导热管内有冷却液，冷却液采用水或冷却油，冷却液起到对导热层进行降温的作用，储液腔用于储存冷却液，并为导热管供给冷却液，当需要更换或者补充冷却液时，从注液管注入冷却液，经连接孔流入储液腔内储存。导热管内的冷却液能快速的对光纤产生的热量进行吸收，同时通过导热柱与空气的接触也能将光纤产生的热量散发到将空气中，相比于传统的依靠散热盘与空气接触进行降温，大大提高了散热效率，而且所述盘旋槽的截面呈弧形也增打了光纤与导热层的接触面积，加快了光纤热量的传导效率，以便导热管内的冷却液快速吸收热量，进一步提高散热效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置的循环散热结构的示意图；
图3为本发明实施例中一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置的循环散热结构的放大图；
图4为本发明实施例中一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置的防光纤磨损装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置的A处放大图；
图6为本发明实施例中一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置的散热管及导向杆的结构示意图；
图7为本发明实施例中一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置的B处放大图；
其中，1-导热柱，2-盘旋槽，3-导热层，4-导热管，5-储液腔，6-连接孔，7-注液管，8-密封盖，9-箱体，10-气缸，11-储液筒，12-连接杆，13-移动板，14-通孔，15-第一液流管，16-第二液流管，17-散热孔，18-散热扇，19-凹槽，20-固定柱，21-套管，22-挡片，23-卡环，24-管型弹簧，25-散热管，26-第一连接管，27-第二连接管，28-软管，29-导向杆，30-导向槽，31-柔性垫。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，如图1所示，包括导热柱1、导热层3、导热管4、储液腔5、注液管7，所述导热柱1上设置有均匀间隔呈螺旋状布置的盘旋槽2，所述盘旋槽2的截面呈弧形，所述盘旋槽2内壁表面设置有导热层3，所述导热柱1采用铝材制作，具有良好的导热性能，所述导热层3采用锡青铜，具有良好的导热及耐磨性能，所述导热层3的厚度为2～8mm，所述导热层3内布置有导热管4，所述导热管4的两端封闭，所述导热柱1内设置有储液腔5，所述导热柱1内设置有连接孔6，所述连接孔6一端与所述导热管4连通，所述连接孔6另一端与所述储液腔5连通，所述导热柱1的一端端面上设置有注液管7，所述注液管7一端插入到所述导热柱1内，并与所述储液腔5连通，所述注液管7另一端延伸至所述导热柱1的端面之外。
上述技术方案的工作原理为：在激光器内安装导热柱1，将光纤单层螺旋缠绕在导热柱1上的盘旋槽2内，当激光器在工作时，光纤产生的热量被导热层3吸收，导热层3内的导热管4内有冷却液，冷却液采用水或冷却油，冷却液起到对导热层3进行降温的作用，储液腔5用于储存冷却液，并为导热管4供给冷却液，当需要更换或者补充冷却液时，从注液管7注入冷却液，经连接孔6流入储液腔5内储存。
上述技术方案的有益效果为：导热管4内的冷却液能快速的对光纤产生的热量进行吸收，同时通过导热柱1与空气的接触也能将光纤产生的热量散发到将空气中，相比于传统的依靠散热盘与空气接触进行降温，大大提高了散热效率，而且所述盘旋槽2的截面呈弧形也增打了光纤与导热层3的接触面积，加快了光纤热量的传导效率，以便导热管4内的冷却液快速吸收热量，进一步提高散热效率。
在一个实施例中，为了能在注液管注入完冷却液，将注液管密封起来，优选的技术方案是，所述注液管7延伸处导热柱1之外的一端上设置有密封盖8，所述密封盖8与所述注液管7螺纹连接，也便于密封盖8的拆卸安装。
在一个实施例中，为了能加速冷却液的流动，进一步提高散热效率，优选的技术方案是，如图2-3所示，还包括循环散热装置，所述循环散热装置包括箱体9、气缸10、储液筒11、连接杆12、移动板13、第一液流管15、第二液流管16，靠近所述导热柱1设置有所述注液管7的一端端面处设置有箱体9，所述箱体9的内壁顶端设置有气缸10，所述气缸10的活塞杆竖直向下，所述箱体9内位于所述气缸10的下方设置有储液筒11，所述储液筒11沿竖直方向延伸，所述储液筒11外壁通过连接杆12与所述箱体9的内壁连接，所述储液筒11内设置有水平方向的移动板13，所述移动板13的尺寸与所述储液筒11的内径尺寸相通，所述移动板13能在所述储液筒11内往复运动，所述储液筒11的上端壁面贯穿设置有通孔14，所述气缸10的活塞杆的下端穿过所述通孔14与移动板13固定连接，所述第一液流管15一端与所述储液筒11上端连通，所述第一液流管15另一端依次穿过所述箱体9的壁面、所述导热柱1与所述储液腔5连通，所述第二液流管16一端与所述储液筒11的下端连通，所述第二液流管16另一端依次穿过所述箱体9的壁面、所述导热柱1与所述储液腔5连通。
上述技术方案的工作原理为：在激光器工作时，启动气缸10，使得气缸10的活塞杆带动移动板13在储液筒11内往复运动，从而使得冷却液依次在第一液流管15、储液腔5、第二液流管16内往复循环流动，加快储液腔5内的冷却液的流动，使得导热管4内的冷却液流动加快，光纤工作时产生的热量能被迅速吸收带走。
上述技术方案的有益效果为：通过气缸10的活塞杆带动移动板13在储液筒11来回往复运动，加速冷却液流在导热管4内的循环流动，提高了导热管4的散热效率，保证光纤在持续长时间工作时，也不会因为发热而出现故障。
在一个实施例中，为了有助于箱体的散热，优选的技术方案是，所述箱体的壁面上间隔均匀设置有多个散热孔，所述箱体的内壁上设置有散热扇，散热有助于通过风冷的方式对储液筒11内的冷却液进行降温，从而保证冷却液的良好的散热能力。
在一个实施例中，为了减少光纤的磨损，优选的技术方案是，如图4-5所示，还包括防光纤磨损装置，所述防光纤磨损装置包括固定柱20、套管21、挡片22、卡环23、管型弹簧24，所述导热层3的表面沿周向设置有若干凹槽19，所述凹槽19的底壁上设置有沿盘旋槽2径向延伸的固定柱20，所述固定柱20上安装有套管21，所述套管21远离所述固定柱20的一端封闭，且表面为弧形，所述固定柱20的上端面设置有挡片22，所述套管21的下端内壁上设置有卡环23，所述固定柱20从卡环23内穿过，所述挡片22的直径大于所述卡环23的内径，所述套管21的顶端内壁与所述挡片22之间通过所述管型弹簧24连接。
上述技术方案的工作原理为：当光纤缠绕在盘旋槽2内时，通常会施加一定的预紧力，使得光纤固定牢靠，由于光纤的表面会存在局部的不平滑，会在局部产生凸起，加速该区域的磨损降低光纤的使用寿命，因此，本申请设计了防光纤磨损装置，当光纤局部出现凸起时，该区域就会挤压套管21，使得套管21向凹槽19内运动，起到缓冲的作用，在不同的力作用下，套管21会产生不同的位移来适应，以保证光纤表面不会出现凸起，从而减少了光纤表面的磨损。
上述技术方案的有益效果为：通过套管21来适应不同的凸起产生的位移，来减少光纤表面出现局部凸起，使得表面更平滑，提高了光纤的使用寿命，当拆卸光纤时，接触光纤安装时的预紧力，通过管型弹簧24的弹力，也方便光纤的拆卸，同时，套管21回复到初始状态，以便光纤再次安装；挡片22起到限制卡环23向上运动的作用，从而防止套管21运动脱离出固定柱20。
在一个实施例中，为了能将套管顶端表面的热量降低，优选的技术方案是，如图6-7所示，所述套管21上端壁面内设置有弧形的散热管25，所述散热管25的两端封闭，所述套管21的顶端内壁上设置有竖直方向的第一连接管26，所述第一连接管26上端与所述散热管25连通，所述散热管25的下端延伸至所述管型弹簧24内，所述挡片22上端面设置有竖直方向的第二连接管27，所述第一连接管26的下端与第二连接管27的上端通过软管28连接，所述第二连接管27的下端依次穿过所述挡片22、所述固定柱20与所述导热管4连通。
上述技术方案的工作原理为：导热管4内的冷却液会依次通过第二连接管27、软管28、第一连接管26流入到散热管25内，当套管21上端壁面会与光纤的表面接触，产生的热量通过套管21传递到散热管25内的冷却液，经冷却液的流动吸收带走。
上述技术方案的有益效果为：软管28具有良好的柔性，不会影响到套管21的往复运动，同时，软管28向散热管25输送冷却液对套管21与光纤接触的表面进行降温，既解决了光纤的散热问题，又防止了光纤的磨损。
在一个实施例中，为了提高套管移动的平稳性，防止套管往复运动时出现晃动，优选的技术方案是，所述套管21顶端内壁上设置有竖直方向的导向杆29，所述挡片22上设置有竖直方向的导向槽30，所述导向槽30贯穿所述挡片22，并延伸至所述固定柱20内，所述导向杆29的下端插入到所述导向槽30内，所述导向杆29能在所述导向槽30往复运动。导向杆29能沿着导向槽30作往复运动，限制了套管21的位移只能上下移动，防止外力影响，导致套管21的左右晃动，保证了套管21能平稳的上下移动。
在一个实施例中，为了防止套管的底端端面被撞击坏，优选的技术方案是，所述凹槽19的底壁设置有柔性垫31，柔性垫31可采用硅胶制作，具有良好的柔性，当套管21碰撞到柔性垫31对套管21的下端面起到保护作用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，包括导热柱(1)、导热层(3)、导热管(4)，所述导热柱(1)上设置有呈螺旋状密布设置的盘旋槽(2)，所述盘旋槽(2)内壁表面设置有导热层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，所述导热层(3)内布置有导热管(4)，所述导热管(4)的两端封闭，所述导热柱(1)内设置有储液腔(5)，所述导热柱(1)内设置有连接孔(6)，所述连接孔(6)一端与所述导热管(4)连通，所述连接孔(6)另一端与所述储液腔(5)连通，所述导热柱(1)的一端端面上设置有注液管(7)，所述注液管(7)一端插入到所述导热柱(1)内，并与所述储液腔(5)连通，所述注液管(7)另一端延伸至所述导热柱(1)的端面之外。
3.根据权利要求2所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，所述注液管(7)延伸处导热柱(1)之外的一端上设置有密封盖(8)，所述密封盖(8)与所述注液管(7)螺纹连接。
4.根据权利要求2所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，还包括循环散热装置，所述循环散热装置包括箱体(9)、气缸(10)、储液筒(11)、连接杆(12)、移动板(13)、第一液流管(15)、第二液流管(16)，靠近所述导热柱(1)设置有所述注液管(7)的一端端面处设置有箱体(9)，所述箱体(9)的内壁顶端设置有气缸(10)，所述气缸(10)的活塞杆竖直向下，所述箱体(9)内位于所述气缸(10)的下方设置有储液筒(11)，所述储液筒(11)沿竖直方向延伸，所述储液筒(11)外壁通过连接杆(12)与所述箱体(9)的内壁连接，所述储液筒(11)内设置有水平方向的移动板(13)，所述移动板(13)的尺寸与所述储液筒(11)的内径尺寸相通，所述移动板(13)能在所述储液筒(11)内往复运动，所述储液筒(11)的上端壁面贯穿设置有通孔(14)，所述气缸(10)的活塞杆的下端穿过所述通孔(14)与移动板(13)固定连接，所述第一液流管(15)一端与所述储液筒(11)上端连通，所述第一液流管(15)另一端依次穿过所述箱体(9)的壁面、所述导热柱(1)与所述储液腔(5)连通，所述第二液流管(16)一端与所述储液筒(11)的下端连通，所述第二液流管(16)另一端依次穿过所述箱体(9)的壁面、所述导热柱(1)与所述储液腔(5)连通。
5.根据权利要求4所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，所述箱体(9)的壁面上间隔均匀设置有多个散热孔(17)，所述箱体(9)的内壁上设置有散热扇(18)。
6.根据权利要求2所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，还包括防光纤磨损装置，所述防光纤磨损装置包括固定柱(20)、套管(21)、挡片(22)、卡环(23)、管型弹簧(24)，所述导热层(3)的表面沿周向设置有若干凹槽(19)，所述凹槽(19)的底壁上设置有沿盘旋槽(2)径向延伸的固定柱(20)，所述固定柱(20)上安装有套管(21)，所述套管(21)远离所述固定柱(20)的一端封闭，且表面为弧形，所述固定柱(20)的上端面设置有挡片(22)，所述套管(21)的下端内壁上设置有卡环(23)，所述固定柱(20)从卡环(23)内穿过，所述挡片(22)的直径大于所述卡环(23)的内径，所述套管(21)的顶端内壁与所述挡片(22)之间通过所述管型弹簧(24)连接。
7.根据权利要求6所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，所述套管(21)上端壁面内设置有弧形的散热管(25)，所述散热管(25)的两端封闭，所述套管(21)的顶端内壁上设置有竖直方向的第一连接管(26)，所述第一连接管(26)上端与所述散热管(25)连通，所述散热管(25)的下端延伸至所述管型弹簧(24)内，所述挡片(22)上端面设置有竖直方向的第二连接管(27)，所述第一连接管(26)的下端与第二连接管(27)的上端通过软管(28)连接，所述第二连接管(27)的下端依次穿过所述挡片(22)、所述固定柱(20)与所述导热管(4)连通。
8.根据权利要求6所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，所述套管(21)顶端内壁上设置有竖直方向的导向杆(29)，所述挡片(22)上设置有竖直方向的导向槽(30)，所述导向槽(30)贯穿所述挡片(22)，并延伸至所述固定柱(20)内，所述导向杆(29)的下端插入到所述导向槽(30)内，所述导向杆(29)能在所述导向槽(30)往复运动。
9.根据权利要求6所述的一种超快脉冲激光器的光纤盘绕装置，其特征在于，所述凹槽(19)的底壁设置有柔性垫(31)。
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