CN117559201B - 一种光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光纤激光器，包括：冷却板以及泵浦源，多个泵浦源形成泵浦源阵列并设置在冷却板的预设区域内，冷却板的内部设置有多条分支流道，多条分支流道按照并联方式连通，并且由冷却板的外侧向内侧依次嵌套设置；每条分支流道分别与泵浦源内部的泵浦源流道串联连通，并且每条所述分支流道的形状和尺寸保持一致，以使得冷却液能够自分支流道的入口端流入至泵浦源流道并实现泵浦源的均匀散热之后，再流出至所述分支流道的出口端；由此既减小了各个分支流道的水阻、保证了各个分支流道的流量均匀，又提高了冷却板的散热效率，进而为光纤激光器的运行提供了更为稳定可靠的工作环境。
Description
技术领域
本申请涉及激光器技术领域，具体涉及一种光纤激光器。
背景技术
光纤激光器（Fiber Lasers）是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，其需要多个泵浦源来产生泵浦光，并且在泵浦光的作用下使激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，以产生相干激光光束。光纤激光器的输出功率越大，其所需要的泵浦源功率就越大，对于大功率的光纤激光器一般都采用连通循环冷却水的方式来实现冷却降温。
然而，相关技术中，为满足光纤激光器的功率及体积要求，泵浦源和冷却板结合的技术方案，已经不能满足泵浦源内部芯片散热的要求，往往会导致内部的LD芯片结温超过结温极限，造成芯片端面损伤甚至烧毁。对于上述问题，一种改进方案是，在泵源底部的铜块内直接通入循环冷却水以缩短LD芯片到冷却水的距离，同时增加挡块以保证流量均匀，但是该种方案的流道仍存在水阻大、难以满足均流需求等问题，由此影响了冷却板的散热效果。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种光纤激光器，以达到减小流道水阻、保证各分支流道的流量均匀、进而实现冷却板均匀散热的技术效果。
本申请实施例中提供了一种光纤激光器，包括：冷却板以及泵浦源，
多个所述泵浦源形成泵浦源阵列并设置在所述冷却板的预设区域内，
所述冷却板的内部设置有多条分支流道，所述多条分支流道按照并联方式连通，并且由所述冷却板的外侧向内侧依次嵌套设置；
每条所述分支流道分别与所述泵浦源内部的泵浦源流道串联连通，并且每条所述分支流道的形状和尺寸保持一致；
在通入冷却液后，所述冷却液自所述分支流道的入口端流入至所述泵浦源流道后，再流出至所述分支流道的出口端，以使得所述分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，其中所述预设均流参数包括流道总流量、流道压力、以及通过每个泵浦源流道的平均流量。
可选地，所述冷却板包括进液口和出液口，
所述冷却板的进液口位置处设置有第一汇流管道，所述冷却板的出液口位置处设置有第二汇流管道，
所述多条分支流道的入口端均与所述第一汇流管道连通，所述多条分支流道的出口端均与所述第二汇流管道连通。
可选地，每条所述分支流道均包括多个直流段，每条所述分支流道中的多个直流段均通过连接段连通，
其中，多条分支流道包括分支流道S11、分支流道S12、分支流道S13，
所述泵浦源阵列为2行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的四个泵浦源串联连通。
可选地，所述分支流道S11包括直流段S111、直流段S112、直流段S113、直流段S114，所述分支流道S12包括直流段S121、直流段S122、直流段S123、直流段S124，所述分支流道S13包括直流段S131、直流段S132、直流段S133、直流段S134；
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源和第4列泵浦源分别设置在直流段S121和直流段S123的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S121连通，所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S123连通；
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源和第5列泵浦源分别设置在所述直流段S132和所述直流段S134的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S132连通，所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S134连通；
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源和第6列泵浦源分别设置在所述直流段S112和直流段S114的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S112连通，所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S114连通；
并且所述直流段S114和所述直流段S124汇合后，与所述第二汇流管道连通。
可选地，每条所述分支流道均包括直流段，每条所述分支流道中的直流段均通过连接段连通，
其中，多条分支流道包括分支流道S21、分支流道S22、分支流道S23、分支流道S24、分支流道S25、分支流道S26，
所述泵浦源阵列为3行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的三个泵浦源串联连通。
可选地，所述分支流道S21包括直流段S211、直流段S212，所述分支流道S22包括直流段S221、直流段S222，
所述分支流道S23包括直流段S231、直流段S232，所述分支流道S24包括直流段S241、直流段S242，所述分支流道S25包括直流段S251、直流段S252，所述分支流道S26包括直流段S261、直流段S262；
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源设置在所述直流段S221的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S221连通；
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源设置在所述直流段S241的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S241连通；
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源设置在所述直流段S261的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S261连通；
所述泵浦源阵列中的第4列泵浦源设置在所述直流段S252的上方，且所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S252连通；
所述泵浦源阵列中的第5列泵浦源设置在所述直流段S232的上方，且所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S232连通；
所述泵浦源阵列中的第6列泵浦源设置在所述直流段S212的上方，且所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S212连通。
可选地，每条所述分支流道均包括多个直流段，每条所述分支流道中的多个直流段均通过连接段连通，
其中，所述多条分支流道包括分支流道S31、分支流道S32，
所述泵浦源阵列为1行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的三个泵浦源串联连通。
可选地，所述分支流道S31包括直流段S311、直流段S312、直流段S313、直流段S314、直流段S315、直流段S316；所述分支流道S32包括直流段S321、直流段S322、直流段S323、直流段S324、直流段S325、直流段S326；
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源设置在所述直流段S321的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S321连通；
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源设置在所述直流段S312的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S312连通；
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源设置在所述直流段S323的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S323连通；
所述泵浦源阵列中的第4列泵浦源设置在所述直流段S314的上方，且所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S314连通；
所述泵浦源阵列中的第5列泵浦源设置在所述直流段S325的上方，且所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S325连通；
所述泵浦源阵列中的第6列泵浦源设置在所述直流段S316的上方，且所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S316连通；
并且所述直流段S316和所述直流段S326汇合后，与所述出液口连通。
可选地，所述泵浦源流道的高度大于与其对应的分支流道的高度，并且所述泵浦源流道与所述分支流道共同形成上下起伏的流道结构。
可选地，每条所述分支流道的管径尺寸范围为8-12mm。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
提供了一种光纤激光器， 通过将冷却板内部的多条分支流道按照并联方式连通，形成了自冷却板的外侧向内侧依次嵌套布置的“回”字型环绕流道；通过将每条分支流道分别与其对应的泵浦源流道串联连通，并且将每条分支流道的形状和尺寸设计为一致，不但减小了各个分支流道的水阻，而且实现了各个分支流道的流量均匀；在通入冷却液后，所述冷却液能够自所述分支流道的入口端流入至所述泵浦源流道后，再流出至所述分支流道的出口端，使得流经分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，由此实现了泵浦源阵列均匀散热的效果、提高了散热效率，并且为光纤激光器的运行提供了更为稳定可靠的工作环境。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，可依照说明书内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他设计优势对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于展示优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例一的光纤激光器的结构示意图；
图2为本申请实施例二的光纤激光器的结构示意图；
图3为本申请实施例三的光纤激光器的结构示意图；
图4为本申请实施例中的上下起伏的流道结构的示意图；
图5为本申请实施例中的其中一个分支流道与泵浦源流道的连接示意图；
图中：101、冷却板；102、泵浦源；103、进液口；104、出液口；105、第一汇流管道；106、第二汇流管道；107、密封圈；S表示冷却板的分支流道；K表示泵浦源流道；
S11表示实施例一的第一分支流道；S12表示实施例一的第二分支流道；S13表示实施例一的第三分支流道；
S111表示实施例一的第一分支流道的第一直流段；S112表示实施例一的第一分支流道的第二直流段；S113表示实施例一的第一分支流道的第三直流段；S114表示实施例一的第一分支流道的第四直流段；S121表示实施例一的第二分支流道的第一直流段；S122表示实施例一的第二分支流道的第二直流段；S123表示实施例一的第二分支流道的第三直流段；S124表示实施例一的第二分支流道的第四直流段；S131表示实施例一的第三分支流道的第一直流段；S132表示实施例一的第三分支流道的第二直流段；S133表示实施例一的第三分支流道的第三直流段；S134表示实施例一的第三分支流道的第四直流段；
S21表示实施例二的第一分支流道；S22表示实施例二的第二分支流道；S23表示实施例二的第三分支流道；S24表示实施例二的第四分支流道；S25表示实施例二的第五分支流道；S26表示实施例二的第六分支流道；
S211表示实施例二的第一分支流道的第一直流段；S212表示实施例二的第一分支流道的第二直流段；
S221表示实施例二的第二分支流道的第一直流段；S222表示实施例二的第二分支流道的第二直流段；S231表示实施例二的第三分支流道的第一直流段；S232表示实施例二的第三分支流道的第二直流段；S241表示实施例二的第四分支流道的第一直流段；S242表示实施例二的第四分支流道的第二直流段；S251表示实施例二的第五分支流道的第一直流段；S252表示实施例二的第五分支流道的第二直流段；S261表示实施例二的第六分支流道的第一直流段；S262表示实施例二的第六分支流道的第二直流段；
S31表示实施例三的第一分支流道；S32表示实施例三的第二分支流道；
S311表示实施例三的第一分支流道的第一直流段；S312表示实施例三的第一分支流道的第二直流段；S313表示实施例三的第一分支流道的第三直流段；S314表示实施例三的第一分支流道的第四直流段；S315表示实施例三的第一分支流道的第五直流段；S316表示实施例三的第一分支流道的第六直流段；
S321表示实施例三的第二分支流道的第一直流段；S322表示实施例三的第二分支流道的第二直流段；S323表示实施例三的第二分支流道的第三直流段；S324表示实施例三的第二分支流道的第四直流段；S325表示实施例三的第二分支流道的第五直流段；S326表示实施例三的第二分支流道的第六直流段。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
现有技术中，为满足光纤激光器的散热要求，除了需要为泵浦源散热以外，还需要为驱动电源、驱动板等各类器件散热，又由于泵浦源流道与冷却板内部流道并非处在同一高度，因此，在冷却板中会存在为其他器件散热的水平流道、以及为泵浦源散热的起伏流道这两种不同高度的流道结构，这就导致了流经不同流道结构的水阻存在差别。对于同样截面积的流道，水平流道的水阻小、流量大，上下起伏流道的水阻大、流量小。对于扬程固定的水冷机，只能通过减小水平流道截面积的方式，来满足流经上下起伏流道的流量需求。然而，水平流道截面积变窄、以及在进出水口增加挡块等设置方式，将会进一步使得水阻增加，进而造成水冷机的负载增加、总输出流量减小、各个流道流量不均、难以满足流经上下起伏流道的流量需求等一系列问题。
基于此，本申请提供了一种光纤激光器，以达到减小流道水阻、保证各分支流道的流量均匀，进而实现冷却板均匀散热、并且为光纤激光器的各类器件提供稳定可靠工作环境的技术效果。
本申请的技术构思在于，以保证光纤激光器均匀散热为出发点，设计一种由冷却板外侧向内侧依次嵌套布置的“回”字型环绕流道，通过将每条并联分支流道的形状和尺寸设计为一致，并且通过在每条分支流道上串联相同数量泵浦源的方式，以减小各个分支流道的水阻，并使得每条并联流道的流量一致，来保证泵浦源的均匀散热；同时，取消现有方案中的挡块设置，以进一步减小水阻、增大流量，由此本申请技术方案能够提高冷却板的散热效率，满足光纤激光器中各类器件的散热需求。
值得说明的是，本申请可适用于3KW激光器、6KW激光器、以及12KW激光器，当然，本申请技术方案中涉及的相关技术内容可以推广到其他类型的激光器或相关产品的应用中。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
在本申请的一个实施例中，结合图1至图5所示，提出了一种光纤激光器，包括：冷却板101以及泵浦源102，多个所述泵浦源102形成泵浦源阵列并设置在所述冷却板101的预设区域内，所述冷却板101的内部设置有多条分支流道，所述多条分支流道按照并联方式连通，并且由所述冷却板101的外侧向内侧依次嵌套设置；每条所述分支流道分别与所述泵浦源102内部的泵浦源流道串联连通，并且每条所述分支流道的形状和尺寸保持一致；
可以理解，在本申请技术方案中，所述分支流道与泵浦源流道串联连通的含义为，所述泵浦源流道可以接入所述分支流道，以图1的第1列泵浦源为例，所述直流段S121被两个泵浦源分割为多段，其中第1列的两个泵浦源分别接入所述直流段S121的多段管道之间；本申请技术方案中各个泵浦源流道与对应分支流道的串联方式均与上述接入方式相同或类似，在此不做赘述。
在通入冷却液后，所述冷却液自所述分支流道的入口端流入至所述泵浦源流道后，再流出至所述分支流道的出口端，以使得所述分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，其中所述预设均流参数包括流道总流量、流道压力、以及通过每个泵浦源流道的平均流量。
具体地，在本申请实施例中，多条并联的分支流道由所述冷却板101的外侧向内侧依次嵌套设置，并形成了“回”字型环绕流道，同时，每条分支流道串联的泵浦源的数量相同；由于每条所述分支流道的形状和尺寸保持一致，由此使得流经每条泵浦源流道的流量一致，保证了泵浦源的均匀散热。
进一步地，所述冷却板101包括进液口103和出液口104，所述冷却板101的进液口103位置处设置有第一汇流管道105，所述冷却板101的出液口104位置处设置有第二汇流管道106，所述多条分支流道的入口端（进液端）均与所述第一汇流管道105连通，所述多条分支流道的出口端（出液端）均与所述第二汇流管道106连通。
需要说明的是，本申请实施例中的多个泵浦源形成的泵浦源阵列设置在所述冷却板的预设区域内，所述预设区域是指整个冷却板的靠右侧区域（参考图1至3）；优选地，本申请实施例中的泵浦源内部设置有一条或两条泵浦源流道（图1至5中每个泵浦源包括两条流道），为了简洁，本申请实施例中的泵浦源采用了简化模型，并且仅对其中一个泵浦源进行了标注；当然，以上所述不能理解为对本申请的限制。
为进一步说明本申请所述光纤激光器中冷却板流道的部署位置，以下提供三种可选的实施例。
实施例一
本实施例可适用于6KW激光器，如图1所示，在本实施例中，每条所述分支流道均包括多个直流段，每条所述分支流道中的多个直流段均通过连接段连通，其中，多条分支流道包括分支流道S11、分支流道S12、分支流道S13，所述分支流道S11、分支流道S12、分支流道S13由所述冷却板101的外侧向内侧依次嵌套设置，可以看出，所述连接段的两端弯折且中间部分与所述直流段垂直，所述连接段用于连接每个分支流道中相邻的两个直流段，并且每条所述分支流道均为蛇形弯曲流道，所述多个分支流道共同形成了“回”字型环绕流道；所述泵浦源阵列为2行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的四个泵浦源内部的泵浦源流道串联连通。
进一步地，所述分支流道S11包括直流段S111、直流段S112、直流段S113、直流段S114，所述分支流道S12的多个直流段包括直流段S121、直流段S122、直流段S123、直流段S124，所述分支流道S13包括直流段S131、直流段S132、直流段S133、直流段S134；上述每个分支流道的直流段均通过连接段（图中未标注）连通，在每个分支流道中，相邻两个直流段通过连接段折返并形成流向相反的蛇形弯曲流道；以分支流道S11为例，其中，直流段S111与直流段S112的流向相反，直流段S112与直流段S113的流向相反，直流段S113与直流段S114的流向相反；S12 、S13的直流段设置与S11类似，在此不做赘述。
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源和第4列泵浦源分别设置在直流段S121和直流段S123的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S121连通，所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S123连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S12，依次流经与其串联连通的第1、4列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第1列和第4列的四个泵浦源散热。
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源和第5列泵浦源分别设置在所述直流段S132和所述直流段S134的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S132连通，所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S134连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S13，依次流经与其串联连通的第2、5列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第2列和第5列的四个泵浦源散热。
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源和第6列泵浦源分别设置在所述直流段S112和直流段S114的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S112连通，所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S114连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S11，依次流经与其串联连通的第3、6列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第3列和第6列的四个泵浦源散热。
同时，在本实施例中，所述第一汇流管道105的一端与所述进液口103连通，所述第一汇流管道105的另一端与三条并联的分支流道连通；在经过泵浦源阵列后，该三条并联的分支流道在所述第二汇流管道106处汇合，并与所述出液口104连通；优选地，可以将所述直流段S114和所述直流段S124汇合为一条流道后，再与所述S134在所述第二汇流管道106处汇合连通。
经验证，当接入相同的水冷机时，本实施例中的所述分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，即本实施例中的所述冷却板在入口处的流道总流量为51.5L/min、流道压力为4.2Mpa、通过每个泵浦源的平均流量为17.2L/min；优选地，流经第1列至第6列泵浦源（从左到右）的流量分别为18.3-19.3 L/min、18.2 L/min、18.4 L/min、18.3-19.3L/min、19.5 L/min、19.3 L/min。由此可见，本实施例在压力、总流量和流道间的流量差方面均明显优于现有设计，并且本申请中的流量更大、流道压力更小、各分支流道的流量更为均匀。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例可适用于12KW激光器，本实施例所述冷却板中包括六条并联的分支流道，所述冷却板上设置有3行×6列的泵浦源阵列，并且每个分支流道上串联三个泵浦源。
具体地，每条所述分支流道均包括直流段，每条所述分支流道中的直流段均通过连接段连通，其中，多条分支流道包括分支流道S21、分支流道S22、分支流道S23、分支流道S24、分支流道S25、分支流道S26，上述多条分支流道由所述冷却板101的外侧向内侧依次嵌套设置，可以看出，所述连接段的两端弯折且中间部分与所述直流段垂直，所述连接段用于连接每个分支流道中相邻的两个直流段，并且每条所述分支流道均为蛇形弯曲流道，所述多个分支流道共同形成了“回”字型环绕流道；所述泵浦源阵列为3行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中三个泵浦源内部的泵浦源流道串联连通。
进一步地，所述分支流道S21包括直流段S211、直流段S212，所述分支流道S22包括直流段S221、直流段S222，所述分支流道S23包括直流段S231、直流段S232，所述分支流道S24包括直流段S241、直流段S242，所述分支流道S25包括直流段S251、直流段S252，所述分支流道S26包括直流段S261、直流段S262；上述每个分支流道的直流段均通过连接段（图中未标注）连通，在每个分支流道中，相邻两个直流段通过连接段折返并形成流向相反的蛇形弯曲流道；以分支流道S21为例，其中，直流段S211与直流段S212的流向相反，其余分支流道的流向在此不做赘述。
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源设置在所述直流段S221的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S221连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S22，流经与其串联连通的第1列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第1列的三个泵浦源散热。
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源设置在所述直流段S241的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S241连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S24，流经与其串联连通的第2列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第2列的三个泵浦源散热。
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源设置在所述直流段S261的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S261连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S26，流经与其串联连通的第3列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第3列的三个泵浦源散热。
所述泵浦源阵列中的第4列泵浦源设置在所述直流段S252的上方，且所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S252连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S25，流经与其串联连通的第4列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第4列的三个泵浦源散热。
所述泵浦源阵列中的第5列泵浦源设置在所述直流段S232的上方，且所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S232连通；在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S23，流经与其串联连通的第5列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第5列的三个泵浦源散热。
所述泵浦源阵列中的第6列泵浦源设置在所述直流段S212的上方，且所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S212连通。在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S21，流经与其串联连通的第6列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第6列的三个泵浦源散热。
同时，在本实施例中，所述第一汇流管道105的一端与所述进液口103连通，所述第一汇流管道105的另一端与三条并联的分支流道连通；在经过泵浦源阵列后，该六条并联的分支流道于所述第二汇流管道106处汇合，并与所述出液口104连通。
经验证，当接入相同的水冷机时，本实施例中的所述分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，即本实施例中的所述冷却板在入口处的流道总流量为120L/min、流道压力为4.9Mpa、通过每个泵浦源的平均流量为18.3-20.4L/min；优选地，流经第1列至第6列泵浦源（从左到右）的流量分别为19.6-20.4 L/min、19.1-19.6 L/min、19.2-20.3 L/min、18.3-19.5 L/min、18.5-19.3 L/min、18.6-20.1L/min。由此可见，本实施例在压力、总流量和流道间的流量差方面均明显优于现有设计，并且本申请中的流量更大、流道压力更小、各分支流道的流量更为均匀。
实施例三
如图3所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例可适用于3KW激光器，本实施例所述冷却板中包括两条并联的分支流道，所述冷却板上设置有1行×6列的泵浦源阵列，并且每个分支流道上串联三个泵浦源。
具体地，每条所述分支流道均包括多个直流段，每条所述分支流道中的多个直流段均通过连接段连通，其中，所述分支流道包括分支流道S31、分支流道S32，上述两条分支流道由所述冷却板101的外侧向内侧依次嵌套设置，可以看出，所述连接段的两端弯折且中间部分与所述直流段垂直，所述连接段用于连接每个分支流道中相邻的两个直流段，并且每条所述分支流道均为蛇形弯曲流道，所述多个分支流道共同形成了“回”字型环绕流道；所述泵浦源阵列为1行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的三个泵浦源流道串联连通。
进一步地，所述分支流道S31包括直流段S311、直流段S312、直流段S313、直流段S314、直流段S315、直流段S316；所述分支流道S32包括直流段S321、直流段S322、直流段S323、直流段S324、直流段S325、直流段S326；上述每个分支流道的直流段均通过连接段（图中未标注）连通，在每个分支流道中，相邻两个直流段通过连接段折返并形成流向相反的蛇形弯曲流道；以分支流道S31为例，其中，直流段S311与直流段S312的流向相反、直流段S312与直流段S313的流向相反、直流段S313与直流段S314的流向相反、直流段S314与直流段S315的流向相反、直流段S315与直流段S316的流向相反，其余分支流道的流向在此不做赘述。
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源设置在所述直流段S321的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S321连通；
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源设置在所述直流段S312的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S312连通；
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源设置在所述直流段S323的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S323连通；
所述泵浦源阵列中的第4列泵浦源设置在所述直流段S314的上方，且所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S314连通；
所述泵浦源阵列中的第5列泵浦源设置在所述直流段S325的上方，且所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S325连通；
所述泵浦源阵列中的第6列泵浦源设置在所述直流段S316的上方，且所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S316连通；
由上可知，在通入冷却液后，所述冷却液可通过分支流道S31，依次流经与其串联连通的第2列、第4列、第6列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第2列、第4列、第6列的三个泵浦源散热；所述冷却液可通过分支流道S32，依次流经与其串联连通的第1列、第3列、第5列泵浦源内的泵浦源流道，并为所述第1列、第3列、第5列的三个泵浦源散热。
同时，在本实施例中，所述第一汇流管道的一端与所述进液口103连通，所述第一汇流管道105的另一端与三条并联的分支流道连通；在经过泵浦源阵列后，所述分支流道S31的直流段S316和所述分支流道S32的直流段S326汇合后，与所述出液口104连通。
经验证，当接入相同的水冷机时，本实施例中的所述分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，即本实施例中的所述冷却板在入口处的流道总流量为25L/min、流道压力为3Mpa、通过每个泵浦源的平均流量为12.5L/min，并且流经两条分支流道的泵浦源的流量相差0.4L/min，分别为12.3L/min、12.7L/min。由此可见，本实施例在压力、总流量和流道间的流量差方面均明显优于现有设计，并且本申请中的流量更大、流道压力更小、各分支流道的流量更为均匀。
在上述实施例一至实施例三中，如图4和图5所示，所述泵浦源流道K的高度大于与其对应的分支流道S的高度，并且所述泵浦源流道K与所述分支流道S共同形成上下起伏的流道结构，也就是说，由进液口103通入的冷却液，会通过分支流道S向上流入至所述泵浦源流道K，在为泵浦源进行散热后再由所述泵浦源流道K流出，之后向下流入至该分支流道S，最后所述冷却液通过所述出液口104排出。
可以看出，在本申请实施例中，所述泵浦源流道可直接与对应的分支流道相连接，优选地，可以在泵浦源流道和分支流道的管道连接处设置密封圈107，例如可采用O型橡胶圈等作为密封圈；同时，可以在铝质流道的表面设置聚四氟乙烯（特氟龙）涂层，以避免铜质材料结构和铝质材料结构在水中直接接触引起的电化学反应。
优选地，在上述实施例一至实施例三中，每条所述分支流道的管径尺寸范围为8-12mm；在同一个实施例中，每条所述分支流道并无粗细之分，且其形状和尺寸均应相同或者近似。当然，本申请各实施例中关于冷却板内部流道的形状、数量、布置位置、以及泵浦源数量、位置等内容仅为示范性描述，不能视为对本申请的限制。
综上所述，本申请的技术方案至少达到了如下的技术效果：
提供了一种光纤激光器， 通过将冷却板内部的多条分支流道按照并联方式连通，形成了自冷却板的外侧向内侧依次嵌套布置的“回”字型环绕流道；通过将每条分支流道分别与其对应的泵浦源流道串联连通，并且将每条分支流道的形状和尺寸设计为一致，不但减小了各个分支流道的水阻，而且保证了各个分支流道的流量均匀；在通入冷却液后，所述冷却液能够自所述分支流道的入口端流入至所述泵浦源流道后，再流出至所述分支流道的出口端，使得流经分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，由此实现了泵浦源阵列的均匀散热、提高了散热效率，并且为光纤激光器提供了稳定可靠的工作环境。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。还需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种光纤激光器，其特征在于，包括：冷却板以及泵浦源，
多个所述泵浦源形成泵浦源阵列并设置在所述冷却板的预设区域内，
所述冷却板的内部设置有多条分支流道，所述多条分支流道按照并联方式连通，并且由所述冷却板的外侧向内侧依次嵌套设置；
每条所述分支流道分别与所述泵浦源内部的泵浦源流道串联连通，并且每条所述分支流道的形状和尺寸保持一致，每条分支流道上串联相同数量的泵浦源；
所述泵浦源流道的高度大于与其对应的分支流道的高度，并且所述泵浦源流道与所述分支流道共同形成上下起伏的流道结构；
在通入冷却液后，所述冷却液自所述分支流道的入口端流入至所述泵浦源流道后，再流出至所述分支流道的出口端，以使得所述分支流道及泵浦源流道中的流量满足预设均流参数，其中所述预设均流参数包括流道总流量、流道压力、以及通过每个泵浦源流道的平均流量。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述冷却板包括进液口和出液口，
所述冷却板的进液口位置处设置有第一汇流管道，所述冷却板的出液口位置处设置有第二汇流管道，
所述多条分支流道的入口端均与所述第一汇流管道连通，所述多条分支流道的出口端均与所述第二汇流管道连通。
3.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，每条所述分支流道均包括多个直流段，每条所述分支流道中的多个直流段均通过连接段连通，
其中，多条分支流道包括分支流道S11、分支流道S12、分支流道S13，
所述泵浦源阵列为2行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的四个泵浦源串联连通。
4.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述分支流道S11包括直流段S111、直流段S112、直流段S113、直流段S114，所述分支流道S12包括直流段S121、直流段S122、直流段S123、直流段S124，所述分支流道S13包括直流段S131、直流段S132、直流段S133、直流段S134；
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源和第4列泵浦源分别设置在直流段S121和直流段S123的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S121连通，所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S123连通；
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源和第5列泵浦源分别设置在所述直流段S132和所述直流段S134的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S132连通，所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S134连通；
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源和第6列泵浦源分别设置在所述直流段S112和直流段S114的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S112连通，所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S114连通；
并且所述直流段S114和所述直流段S124汇合后，与所述第二汇流管道连通。
5.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，每条所述分支流道均包括直流段，每条所述分支流道中的直流段均通过连接段连通，
其中，多条分支流道包括分支流道S21、分支流道S22、分支流道S23、分支流道S24、分支流道S25、分支流道S26，
所述泵浦源阵列为3行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的三个泵浦源串联连通。
6.根据权利要求5所述的光纤激光器，其特征在于，所述分支流道S21包括直流段S211、直流段S212，所述分支流道S22包括直流段S221、直流段S222，
所述分支流道S23包括直流段S231、直流段S232，所述分支流道S24包括直流段S241、直流段S242，所述分支流道S25包括直流段S251、直流段S252，所述分支流道S26包括直流段S261、直流段S262；
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源设置在所述直流段S221的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S221连通；
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源设置在所述直流段S241的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S241连通；
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源设置在所述直流段S261的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S261连通；
所述泵浦源阵列中的第4列泵浦源设置在所述直流段S252的上方，且所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S252连通；
所述泵浦源阵列中的第5列泵浦源设置在所述直流段S232的上方，且所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S232连通；
所述泵浦源阵列中的第6列泵浦源设置在所述直流段S212的上方，且所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S212连通。
7.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，每条所述分支流道均包括多个直流段，每条所述分支流道中的多个直流段均通过连接段连通，
其中，所述分支流道包括分支流道S31、分支流道S32，
所述泵浦源阵列为1行×6列的泵浦源阵列，每条分支流道分别与所述泵浦源阵列中的三个泵浦源串联连通。
8.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，所述分支流道S31包括直流段S311、直流段S312、直流段S313、直流段S314、直流段S315、直流段S316；所述分支流道S32包括直流段S321、直流段S322、直流段S323、直流段S324、直流段S325、直流段S326；
所述泵浦源阵列中的第1列泵浦源设置在所述直流段S321的上方，且所述第1列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S321连通；
所述泵浦源阵列中的第2列泵浦源设置在所述直流段S312的上方，且所述第2列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S312连通；
所述泵浦源阵列中的第3列泵浦源设置在所述直流段S323的上方，且所述第3列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S323连通；
所述泵浦源阵列中的第4列泵浦源设置在所述直流段S314的上方，且所述第4列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S314连通；
所述泵浦源阵列中的第5列泵浦源设置在所述直流段S325的上方，且所述第5列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S325连通；
所述泵浦源阵列中的第6列泵浦源设置在所述直流段S316的上方，且所述第6列泵浦源的泵浦源流道与所述直流段S316连通；
并且所述直流段S316和所述直流段S326汇合后，与所述出液口连通。
9.根据权利要求1至8任一项所述的光纤激光器，其特征在于，每条所述分支流道的管径尺寸范围为8-12mm。
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| CN202410039319.9A CN117559201B (zh) | 2024-01-11 | 2024-01-11 | 一种光纤激光器 |
Publications (2)
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