CN111399138A - 一种光纤耦合散热结构及光纤输入头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤耦合散热结构及光纤输入头，包括插芯和外罩，插芯紧密配合在裸纤外部，外罩紧密配合在插芯外部，在插芯的端面与外罩的端面之间预留容置空间，裸纤的偶合面位于容置空间内，避免与其他部件接触，减少能量辐射，插芯采用玻璃材料制成，使得部分偏离的光线能够通过插芯及时的透射出去，避免插芯吸收热量升温，且能够消除插芯与光纤之间的热膨胀率差异，避免应力变化造成结构变形损坏；插芯端面倾角设置，避免未照射在裸纤偶合面上的光线经端面原路反射，对耦合透镜形成干扰。

Description

一种光纤耦合散热结构及光纤输入头

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种光纤耦合散热结构及光纤输入头。

背景技术

近年来随着激光器在激光材料加工、激光医疗，激光再制造以及国防安全等领域广泛地应用，激光耦合技术也成为了研究热点。高能光纤是激光模块的重要组成部分，光纤质量的好坏，直接影响到整个LD模块的出光效率，温度，热稳定性以及寿命。耦合透镜将光线集中到裸纤端面上，主要能量通过光纤传输，一般聚焦光斑都小于光纤内径，但光纤出光能量不能完全集中于光斑内，杂散光出射转化成热量，从而损伤光纤头。

现有的散热方案，是在裸纤外设置金属导热外壳，在裸纤与金属导热外壳之间设置陶瓷插芯连接，三者紧密配合，部分偏离耦合光斑的光线会照射到陶瓷插芯上，陶瓷为耐高温材料，能承受极高的温度（1350℃），陶瓷插芯吸收偏离光线的能量后温度升高，并传导给周围的金属导热外壳，再经金属导热外壳传导至封装输入端的模块外壳上，由最后由模块外壳下方的水冷散热板将热量带走。

随着光纤能量不断的突破更高的能量密度，从而使得耦合结构部分需要承担更高的散热功率，在耦合结构体积限制的情况下，其温度会不断升高，陶瓷插芯温度过高并反向作用到裸纤上，会导致光纤烧毁，且由于热膨胀率的不同，裸纤、陶瓷插芯与金属导热壳体之间容易产生应力变化，导致耦合结构变形损坏。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中耦合结构无法满足高能量密度时的有效散热。

为此，本发明提出一种光纤耦合散热结构，包括：

插芯，紧密配合在裸纤外部；

外罩，紧密配合在所述插芯外部；

所述插芯的端面与所述外罩的端面之间预留容置空间；裸纤的耦合面位于所述容置空间内；

所述插芯采用玻璃材料制成。

所述插芯的靠近裸纤的偶合面一侧的端面呈倾角设置。

所述插芯的端面倾斜的角度为6°～10°。

所述插芯的端面上设置反射镀层。

所述外罩采用玻璃材料制成。

所述插芯与所述外罩之间通过光学胶粘连。

至少一个胶装孔，从所述外罩的外壁面穿设并连通在所述插芯的外壁面上；

所述光学胶通过所述胶装孔注入。

所述插芯与所述外罩一体成型。

本发明提供一种光纤输入头，包括：

上述所述的光纤耦合散热结构。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的光纤耦合散热结构，包括插芯和外罩，插芯紧密配合在裸纤外部，外罩紧密配合在插芯外部，在插芯的端面与外罩的端面之间预留容置空间，裸纤的偶合面位于容置空间内，避免与其他部件接触，减少能量辐射，插芯采用玻璃材料制成，使得部分偏离的光线能够通过插芯及时的透射出去，避免插芯吸收热量升温，且能够消除插芯与光纤之间的热膨胀率差异，避免应力变化造成结构变形损坏；插芯端面倾角设置，避免未照射在裸纤偶合面上的光线经端面原路反射，对耦合透镜形成干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种光纤耦合散热结构的结构示意图；

图2为本发明一种光纤耦合散热结构的剖视图。

附图标记说明：

1-插芯；2-外罩；3-容置空间；4-裸纤；5-胶装孔；6-安装座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种光纤耦合散热结构，如图1所示，包括插芯1和外罩2，插芯1和外罩2为柱形管件，柱形管件可以分为圆柱形管件和棱柱形管件，本实施例中，插芯1和外罩2均采用圆柱形管件，即横截面均为圆环形，插芯1套设在裸纤4外部并与裸纤4紧密配合，裸纤4位于插芯1的轴线上，外罩2套设在插芯1外部，并与插芯1的周向外壁面紧密配合，外罩2固定在安装座6内，在插芯1的端面与外罩2的端面之间预留容置空间3，如图1所示，本实施例中，插芯1的端面位于外罩2的内部，与外罩2的端面整体呈阶梯设置，形成容置空间3，耦合透镜将光线集中到裸纤4的耦合面上，裸纤4的偶合面位于容置空间3内，避免了与其他非光纤的部件接触，造成能量辐射浪费或对接触部件的损伤。

插芯1上朝向裸纤4的偶合面一侧的端面呈倾角设置，端面倾斜的角度α可以为大于0°且小于90°的任意角度，本实施例中，插芯1的端面倾斜的角度α优选为6°～10°，当倾斜角度小于6°时，仍会有部分光线经端面反射到耦合透镜上，形成干扰；当倾斜角度大于10°时，光线经端面反射后对光纤外表面照射的面积过大，导致光纤升温。如图2所示，倾斜角度α设置为8°。端面上设置反射镀层（图中未示出），以提高反射率，本实施例中，反射镀层采用780-1000nm的红外反射镀层。

外罩2上开设胶装孔5，胶装孔5自外罩2的外壁面穿设并连通在插芯1的外壁面上，如图1所示，胶装孔5的轴向垂直于外罩2或插芯1的轴向贯通外罩2的壁面设置，当然，胶装孔5也可以设置为倾斜的孔，视具体需要而定。插芯1与外罩2之间通过光学胶粘连固定，本实施例中，光学胶从胶装孔5中注入，渗入到插芯1外壁面与外罩2内壁面之间的缝隙中。

本实施例中，插芯1采用玻璃材料制成，耦合透镜将光线集中到裸纤4的偶合面上时，部分偏离的光线照射到插芯1上，玻璃材质可透过85%以上的光线，偏离光线能够通过插芯1及时的透射出去，且玻璃的导热系数低，基本不吸收热量，避免了插芯1吸收热量升温后反向作用在光纤上，烧毁光纤。

本实施例中，外罩2也采用玻璃材料制成，外罩2和插芯1可以一体成型，此时无需设置胶装孔5。即外罩2和插芯1均采用与光纤材质接近的玻璃材质，能够消除相互之间的热膨胀率差异，避免应力变化造成结构变形损坏。偏离光线经插芯1和外罩2直接透射到位于外罩2外部的封装壳体（图中未示出）上，封装壳体上吸收的热量再由封装壳体外的水冷散热板带走。插芯1与外罩2上没有热量吸收，能够大幅降低光纤表面的温度，从而起到保护光纤的目的。

实施例2

本实施例提供一种光纤输入头，包括实施例1中的光纤耦合散热结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种光纤耦合散热结构，其特征在于，包括：

插芯（1），紧密配合在裸纤（4）外部；

外罩（2），紧密配合在所述插芯（1）外部；

所述插芯（1）的端面与所述外罩（2）的端面之间预留容置空间（3）；裸纤（4）的耦合面位于所述容置空间（3）内；

所述插芯（1）采用玻璃材料制成；

所述插芯（1）的靠近所述裸纤（4）的偶合面一侧的端面呈倾角设置；

所述插芯（1）的端面倾斜的角度为6°～10°。

2.根据权利要求1所述的光纤耦合散热结构，其特征在于，所述插芯（1）的端面上设置反射镀层。

3.根据权利要求1或2所述的光纤耦合散热结构，其特征在于，

所述外罩（2）采用玻璃材料制成。

4.根据权利要求3所述的光纤耦合散热结构，其特征在于，所述插芯（1）与所述外罩（2）之间通过光学胶粘连。

5.根据权利要求4所述的光纤耦合散热结构，其特征在于，还包括：

至少一个胶装孔（5），从所述外罩（2）的外壁面穿设并连通在所述插芯（1）的外壁面上；

所述光学胶通过所述胶装孔（5）注入。

6.根据权利要求1所述的光纤耦合散热结构，其特征在于，所述插芯（1）与所述外罩（2）一体成型。

7.一种光纤输入头，其特征在于，包括：

权利要求1-6中任一项所述的光纤耦合散热结构。

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