CN115810970A - 带冷却的泵浦源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光技术领域，具体涉及带冷却的泵浦源系统。带冷却的泵浦源系统包括底座、设于底座上的PBS组件、入纤耦合组件、杂光吸收块和若干组光路模块组件；所述底座上安装PBS组件和各组光路模块组件的区域下方均设有开孔，用于使PBS组件和各组光路模块组件与冷却介质直接接触。本发明具有节约成本，冷却导热效果好，有效提高光功率的稳定性且延长激光器寿命的特点。

Description

带冷却的泵浦源系统
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体涉及带冷却的泵浦源系统。
背景技术
随着单管芯片的发展，单管芯片的功率越来越高，对于COS的冷却要求也日益增加，目前市场上单个芯片的功率已经达到25-30瓦，日后将会达到更高，而温度对于芯片的寿命和性能密切相关。所以我们迫切的需要一种方法来更好的对COS进行散热，也为未来超大功率COS的散热打下基础。另外随着模块总功率的增加，壳体内的杂光加热壳体对于整个系统的稳定性也带来了挑战，所以市场上都在寻求一种手段将多余热量迅速导出机壳，以此保证整个泵浦源处于一个较低的安全工作温度。
对于整个泵浦源行业的产品生产，最大程度限制产能的瓶颈在于FAC的调试，行业内多款不同设备的调试时间也均在2.5min-5min一个，且均采用UV胶水固化的方式，整个生产节拍速度很不理想，胶水固化的变形也难以完美的控制，设备投入巨大。
目前行业内大多数的光纤激光器厂家均需要自制通水热沉，热沉对表面精度有很高的要求，且结构复杂，导热效果不佳，也带来了一定程度的成本压力。
因此，设计一种节约成本，冷却导热效果好，能够提高光功率的稳定性且延长激光器寿命的带冷却的泵浦源系统，就显得十分必要。
例如，申请号为CN201910316322.X的中国专利文献描述的一种转盘式固体激光器及其水冷方法，包括依次成光路连接的泵浦源、耦合系统和增益介质，所述泵浦源的泵浦光射入该增益介质边缘的增益区域内，且所述增益介质绕该增益区域的中心旋转，同时保持增益介质的方向不变；水冷机构，所述增益介质的侧面密封于该水冷机构中，并与水冷机构中的冷却液体直接接触，以带走增益介质中的热量。虽然固体激光器，水冷圆盘取代一般端面泵浦激光器的固定增益介质，大大提高注入泵浦功率，同时避免固体激光器的热效应瓶颈，大大提高激光器输出功率以及激光放大器的放大倍率，但是其缺点在于，由于上述方法采用增益介质与水冷机构中的冷却液体直接接触，以带走增益介质中的热量，而实际激光器位于泵浦源内，因此总体冷却效果欠佳，无法提高光功率稳定性以及延长激光器寿命，同时增加了成本。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中，现有对泵浦源系统采用通水热沉导热，存在结构复杂，导热效果不佳，成本压力大的问题，提供了一种节约成本，冷却导热效果好，能够提高光功率的稳定性且延长激光器寿命的带冷却的泵浦源系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
带冷却的泵浦源系统，包括底座、设于底座上的PBS组件、入纤耦合组件、杂光吸收块和若干组光路模块组件；所述底座上安装PBS组件和各组光路模块组件的区域下方均设有开孔，用于使PBS组件和各组光路模块组件与冷却介质直接接触。
作为优选，所述光路模块组件包括模块座、均分别设于模块座两端上的COS元件和FAC镜片；所述FAC镜片位于COS元件的出光方向上；所述模块座的中部固定安装有SAC镜片和反射镜；分别位于模块座两端上的COS元件相互错位。
作为优选，所述底座包括底板和固定于底板中部上的固定座；所述PBS组件、入纤耦合组件和杂光吸收块均固定于固定座上；所述PBS组件紧靠杂光吸收块；所述入纤耦合组件位于PBS组件的出光方向上；各组光路模块组件固定安装于固定座的两侧。
作为优选，所述入纤耦合组件包括透镜底座和设于透镜底座上的聚焦透镜。
作为优选，所述入纤耦合组件的入射光方向上设有扩束器。
作为优选，还包括光纤和电极；所述光纤的端面设置在所述聚焦透镜的出光方向的焦点上；所述电极固定于底座上；所述光纤和电极分别位于底座相对应的位置。
作为优选，所述固定座上还设有反射镜阵列，所述反射镜阵列包括至少一个反射镜。
作为优选，还包括外壳；所述外壳位于底座上方且与底座固定连接。
作为优选，各组光路模块组件下方设有的开孔，均与各组光路模块组件的两端所处的位置对应。
作为优选，各组光路模块组件和PBS组件均与底座密封。
本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明将传统泵浦源内同层二芯片作为单一模块分离出来，并增加柱面镜辅助安装结构，提高调整精度，大大提高工序作业效率，节约成本；(2)本发明针对不同功率的泵浦源产品,只需切换部分零件即可,方便产品系列化；(3)本发明提供直接与冷却介质接触，来降低芯片发热源温度,能够大幅度提高光功率的稳定性且延长激光器寿命；(4)本发明组件化更宜于制造过程实现批量化生产,为智能化产线提供有利条件；(5)本发明采用单组光路模块组件调试再装配的方式，解决了FAC调整时间长、精度低、光损失多的瓶颈问题，提高了调试精度和极大提高了生产效率，也可以根据不同功率需要进行组合，再通过集成冷却系统提升性能和寿命可靠性。
附图说明
图1为本发明带冷却的泵浦源系统的一种结构示意图；
图2为本发明中底座的一种结构示意图；
图3为本发明中光路模块组件的一种结构示意图；
图4为本发明中入纤耦合组件的一种正视图；
图5为本发明中入纤耦合组件的一种侧视图
图6为本发明带冷却的泵浦源系统的一种背视图。
图中：底座1、PBS组件2、入纤耦合组件3、杂光吸收块4、光路模块组件5、开孔6、底板7、反射镜阵列8、模块座9、COS元件10、FAC镜片11、SAC镜片12、反射镜13、透镜底座14、聚焦透镜15、光纤16、电极17。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
实施例1：
如图1和图6所示的带冷却的泵浦源系统，包括底座1、设于底座上的PBS组件2、入纤耦合组件3、杂光吸收块4和若干组光路模块组件5；所述底座上安装PBS组件和各组光路模块组件的区域下方均设有开孔6，用于使PBS组件和各组光路模块组件与冷却水直接接触。
泵浦源的发热直接影响到整个出光的功率稳定性和芯片元器件的寿命。本发明结构是将循环的冷却的介质做到泵浦源内,直接给发光源和热量聚集处冷却,使发光源一直保持在最佳的温度,才能保证泵浦源出光的稳定性和芯片元器件的寿命。
进一步的，如图2所示，所述底座包括底板7和固定于底板中部上的固定座；所述PBS组件、入纤耦合组件和杂光吸收块均固定于固定座上；所述PBS组件紧靠杂光吸收块；所述入纤耦合组件位于PBS组件的出光方向上；各组光路模块组件固定安装于固定座的两侧。
底座由耐腐蚀性能且导热性能好，满足强度要求的材料制成，每个组件和镜片定位面经精密加工；底座可安装固定在储水箱里，可形成两个独立封闭区域，一个是循环介质区域，另一个是各组光路模块组件安装后的光路区域；在固定单组光路模块组件和PBS组件的下方开孔,使发热体组件与循环介质直接接触,利用循环介质将部分热量带走,从而达到快速有效的降温。
进一步的，各组光路模块组件和PBS组件均与底座密封。利用特殊工艺方法将各组光路模块组件，PBS组件与底座密封，阻止循环介质进入光路区域。
进一步的，如图3所示，所述光路模块组件包括模块座9、均分别设于模块座两端上的COS元件10和FAC镜片11；所述FAC镜片位于COS元件的出光方向上；所述模块座的中部固定安装有SAC镜片12和反射镜13；分别位于模块座两端上的COS元件相互错位。其中，SAC镜片和反射镜各有两个。
光路模块组件在传统泵浦源的生产过程中，为保证出光效果最好，FAC镜片相对COS元件的位置是最重要的，通常需要在空间区域通过6轴方向的调整来完成，整个过程是最难的，也是耗时最长的；为了解决这一问题，本发明采用了光路模块组件的方式，这样就可以设计模块座的结构，利用加工精度保证部分方向不需要调整，在调光过程中，只需极少方向的调整即可，大大缩短了调光时间和生产的容易性；并且光路模块组件的通用性，可大批量生产，泵浦源功率只需改变光路模块组件组合数量即可满足；通过FAC的调整将芯片的快轴方向光束进行准直，再通过SAC镜片调整，将芯片的慢轴方向光束进行准直，形成两束相对等高平行的扁平准直光束，为后续的调整提供可靠光源。
进一步的，如图4和图5所示，所述入纤耦合组件包括透镜底座14和设于透镜底座上的聚焦透镜15。
进一步的，所述入纤耦合组件的入射光方向上设有扩束器。
前置扩束器，将慢轴方向进行扩束，以达到一个合理的入纤前光束尺寸和入纤聚焦光斑尺寸。
后置的聚焦透镜是直接影响到最终入纤效率，同样非常重要，传统中也是通过聚焦透镜空间5轴方向的调节，直到最佳的出光效果，入纤耦合组件则是将透镜的4轴方向利用透镜底座的加工精度保证，只需调整1轴方向来达到最佳的入纤效果，使调光过程中更加简洁和快速。
此发明中不局限于使用此类入纤耦合组件。
进一步的，带冷却的泵浦源系统还包括光纤16和电极17；所述光纤的端面设置在所述聚焦透镜的出光方向的焦点上；所述电极固定于底座上；所述光纤和电极分别位于底座相对应的位置。
进一步的，所述固定座上还设有反射镜阵列8，所述反射镜阵列包括至少一个反射镜。反射镜相应设置在SAC镜片(慢轴准直透镜)的出光方向上。
进一步的，各组光路模块组件下方设有的开孔，均与各组光路模块组件的两端所处的位置对应。光路模块组件的两端设有发光源，让发光源底部直接与冷却水接触，能够更好地起到冷却作用。
进一步的，带冷却的泵浦源系统还包括外壳；所述外壳位于底座上方且与底座固定连接。外壳内部整体发黑，吸热后，通过水将热量导出，保证壳体内的一个温度稳定性。
本发明将传统泵浦源内同层二芯片作为单一模块分离出来，并增加柱面镜辅助安装结构，提高调整精度，大大提高工序作业效率，节约成本；本发明针对不同功率的泵浦源产品,只需切换部分零件即可,方便产品系列化；本发明提供直接与冷却水接触，来降低芯片发热源温度,能够大幅度提高光功率的稳定性且延长激光器寿命；本发明组件化更宜于制造过程实现批量化生产,为智能化产线提供有利条件。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.带冷却的泵浦源系统，其特征在于，包括底座、设于底座上的PBS组件、入纤耦合组件、杂光吸收块和若干组光路模块组件；所述底座上安装PBS组件和各组光路模块组件的区域下方均设有开孔，用于使PBS组件和各组光路模块组件与冷却介质直接接触。
2.根据权利要求1所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，所述光路模块组件包括模块座、均分别设于模块座两端上的COS元件和FAC镜片；所述FAC镜片位于COS元件的出光方向上；所述模块座的中部固定安装有SAC镜片和反射镜；分别位于模块座两端上的COS元件相互错位。
3.根据权利要求1所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，所述底座包括底板和固定于底板中部上的固定座；所述PBS组件、入纤耦合组件和杂光吸收块均固定于固定座上；所述PBS组件紧靠杂光吸收块；所述入纤耦合组件位于PBS组件的出光方向上；各组光路模块组件固定安装于固定座的两侧。
4.根据权利要求1所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，所述入纤耦合组件包括透镜底座和设于透镜底座上的聚焦透镜。
5.根据权利要求1所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，所述入纤耦合组件的入射光方向上设有扩束器。
6.根据权利要求4所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，还包括光纤和电极；所述光纤的端面设置在所述聚焦透镜的出光方向的焦点上；所述电极固定于底座上；所述光纤和电极分别位于底座相对应的位置。
7.根据权利要求3所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，所述固定座上还设有反射镜阵列，所述反射镜阵列包括至少一个反射镜。
8.根据权利要求1所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，还包括外壳；所述外壳位于底座上方且与底座固定连接。
9.根据权利要求1所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，各组光路模块组件下方设有的开孔，均与各组光路模块组件的两端所处的位置对应。
10.根据权利要求1所述的带冷却的泵浦源系统，其特征在于，各组光路模块组件和PBS组件均与底座密封。
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