CN203616507U - 一种光纤锥水冷散热封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光纤锥水冷散热封装结构，用于高功率激光实验中光纤器件的固定、冷却及保护。其结构包括插针、螺母、护套、设有直通毛细管的水冷管道体及夹持部件，光纤锥穿过水冷管道体内部的直通毛细管，护套与螺母定位在插针上，护套与水冷管道体前端相连，水冷管道体后端与夹持部件相连。本实用新型以水冷结构为主体，光纤锥安装在水冷主体内部，使其既满足法兰连接的要求，同时还能够承受高功率激光的照射。在水冷结构后部安装光纤夹持部件，使光纤锥的尾纤得到很好的固定，不易被折断。是一种较好的光纤锥封装结构。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光纤锥水冷散热封装结构，是对高功率光纤器件的无胶封装，主要用于高功率激光实验中光纤器件的固定、冷却及保护。
背景技术
光纤锥即光学纤维锥，是由石英玻璃制成，由于其两端直径不同，形状类似于锥形，因此称为光纤锥,光纤锥在光学上有着广泛的应用。光纤锥是四大微光夜视光纤元件之一。
光纤锥通常的加工方法是将涂层去除，在高温下进行整形，这就造成了制备后的光纤锥没有涂层，强度较差，因此光纤锥在使用时通常需要封装结构进行保护。
目前，常见光纤锥的封装方法是将光纤锥穿在事先注有胶水的插针接头内，例如FC接头，SMA接头等，见图1所示。
在高温下烘烤使胶水固化，再对插针接头进行抛光研磨，并在接头后安装护套。这种封装结构在使用时，一般都采用法兰连接，对准方便快捷，但这种封装结构无法承受高功率，在输入光功率较高的情况下，插针端面及靠近锥区的位置会照射到部分激光，而照射产生的热无法被快速带走，热积累到一定程度时，就会将光纤周围的胶水甚至插针烧毁。因此这种封装方法只能够适用于低功率情况。另外，由于该结构使用胶水填充，属于不可逆封装，无法拆卸。
为了使光纤锥在高功率情况下能够使用，通常使用的方法是不对光纤锥进行封装处理。使用时将光纤锥夹持在两块热沉块20中间，热沉块中通有循环冷却水，22为进出水口，如图2所示。在光纤通光时，部分没有照射到光纤锥注入端的激光，以及从光纤锥锥区泄漏的激光均照射在热沉块上，产生的热能够迅速被循环水带走，避免了光纤端面、侧面、涂层被烧毁。这种方法的缺点是：输入端部缺少插针，低功率实验时无法对准，光纤锥尾部21缺少护套保护，使用过程中容易折断。
发明内容
鉴于上述存在的问题，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光纤锥水冷散热封装结构，该封装结构能够用于法兰配接，可以快速对准，又能够避免高功率实验时，插针及光纤由于温度过高而烧毁。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种光纤锥水冷散热封装结构，包括插针、螺母、护套、设有直通毛细管的水冷管道体及固定光纤的夹持部件，光纤锥穿过水冷管道体内部的直通毛细管，所述螺母及护套套接在插针上，且在插针上可限位移动，所述护套与水冷管道体前端相连，水冷管道体后端与夹持部件相连，所述水冷管道体上设有水冷进水口及水冷出水口。
进一步，所述插针与常用插针外径一致。
进一步，所述插针上设有台阶，在插针上设有凹口，在凹口上设有卡簧，所述螺母及护套位于台阶与卡簧之间。
进一步，所述护套为侧放的U形结构，在其内侧设有螺纹，通过螺纹与水冷管道体前端相连。
进一步，所述夹持部件包括光纤夹座、光纤压板以及外壳，所述光纤夹座的一端与水冷管道体后端相互配接，并通过螺丝固定，所述光纤夹座中间设有放置光纤的槽，并且在槽周围设有螺纹孔，光纤压板上设有与螺纹孔相对应的孔，通过螺丝将光纤压板锁紧在光纤夹座上，所述外壳套在光纤夹座上，并固定在水冷管道体上。
进一步，所述插针端面设有一内凹槽。
进一步，所述水冷进水口和水冷出水口均设有螺纹结构。
进一步，所述直通毛细管的内径与光纤锥外径相匹配，水冷管道体两端设有直通毛细管穿过的小孔，所述水冷管道体内径与直通毛细管外径相匹配，并在同一轴心上。
进一步，所述水冷管道体与直接毛细管的前、后两端通过焊锡密封连接。
进一步，所述直通毛细管位于水冷管道体中间。
本实用新型的有益效果：本实用新型以水冷结构为主体，光纤锥安装在水冷主体内部，前端使用插针以及护套对光纤端面进行定位，使其既满足法兰连接的要求，同时还能够承受高功率激光的照射。在水冷结构后部安装光纤夹持结构，使光纤锥的尾纤得到很好的固定，不易被折断。是一种较好的光纤锥封装结构，低功率测试时，能够与法兰配接，与常规封装结构得到了相同的测试结果；高功率测试时，承受了超过40瓦的发热功率，时间长达3分钟，其温度稳定在40℃左右，插针端面未损坏。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有低功率的封装结构示意图。
图2为现有光纤锥高功率测试示意图。
图3为本实用新型插针及护套连接结构示意图。
图4 为本实用新型内部有直通毛细管的水冷管道体结构示意图。
图5 为本实用新型夹持部件结构示意图。
图6为本实用新型光纤锥水冷散热封装结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的光纤锥水冷散热封装结构具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本实用新型一种光纤锥水冷散热封装结构，包括插针1、螺母2、护套3、卡簧4、水冷管道体5及夹持部件6。
如图3所示，所述插针1为铜质结构，所示插针1的外径和常规插针外径一致，可以直接和法兰配接。
组装插针1及护套3，将插针1穿过螺母2及护套3，所述插针1上设有台阶，在穿过螺母2与护套3的插针上设有凹口，并使用卡簧4卡接在凹口上，使螺母2和护套3均被限位在插针1的台阶与卡簧之间且可移动，用卡簧4连接可以方便护套3与插针1之间拆卸。当与法兰连接时，通过螺母2将插针1固定在法兰上。所述护套3为侧放的U型结构，在其开口的内侧壁上设螺纹。通过内侧螺纹使护套3与水冷管道体5的前端相连。
在插针1端面设有一内凹槽12。在使用时，通常将激光汇聚到光纤锥的端面。若汇聚后的光斑大于光纤锥直径时，就会有部分功率较高的激光直接照射到插针的内凹面上，由于离汇聚点有一定的距离，因此内凹面所承受的功率密度较低，且照射所产生的热量能够快速由金属壳体传导至水冷部位，故插针不易被烧毁。
如图4所示，所述水冷管道体5的内部中间设有直通毛细管10，直通毛细管10为铜质结构，所述直通毛细管10的内径与光纤锥11外径相匹配，水冷管道体5两端设有直通毛细管10穿过的小孔，所述水冷管道体5内径与直通毛细管10外径相匹配，并在同一轴心上。所述水冷管道体5与直接毛细管10的前、后两端通过焊锡密封连接。
所述水冷管道体5上的冷却水进水口13、出水口14有对应的螺纹，可以与供水系统中的管道及接头配接。直通毛细管10采用导热能力相对较好的紫铜，增加散热能力。完成后将前一步骤所组装的铜质插针1及护套3安装在水冷管道体5上。
所述直通毛细管10的水冷管道体5相当于一个小型热沉，用于高功率工作时提供足够的散热能力，而且体积很小，为一般热沉的1/3；其次是其散热能力较好，一般实验用的热沉都是用表面吸收热，传递到水冷管道进行散热，而该水冷管道体5直接将光纤锥锥体发热的部位设计在直通毛细管，而直通毛细管正好位于水冷管道体5中央，即被水流包裹，故散热效率较一般热沉有很大提升。
如图5所示，所述夹持部件6由光纤夹座7、光纤压板8以及外壳9组成。该夹持部件主要用于光纤的固定及保护，不损伤光纤涂层。
所述将光纤夹座7的一端与水冷管道体5后端相互配接，并用螺丝进行固定。所述光纤夹座7中间开有放置光纤的槽，并且在槽周围有4个螺纹孔，光纤压板8上同样设有4个孔，使用4个螺丝即可将光纤压板8锁紧在光纤夹座7上。外壳9的作用是保护光纤夹座7，在其内表面设有螺纹，可以旋紧在水冷管道体5上，该外壳9需要在安装完光纤之后才安装。
本实用新型通过螺丝及光纤压板的方式固定，可确保在光纤反复安装及拆卸过程中不损伤涂层。
本实用新型使用时，将光纤锥从铜质插针1的前端穿入，直至从光纤夹座7和光纤压板8中穿出，旋紧光纤夹座上的螺丝将光纤固定，由于有放置光纤的槽15，光纤的涂层并不会受到过大的挤压导致永久变形。
在低功率测试时，本实用新型封装结构的使用方法和常规封装结构的使用方法相同，即将插针插入法兰进行光路的连接。在高功率测试时，将水冷管道体5两侧接上循环水，进行测试即可。
高功率实验中，为了测试光纤锥的功率耐受能力，将200W的连续激光从光纤锥端面输入，得到约160W的输出功率，即有40W左右的激光从光纤锥中漏出或未进入光纤锥，未进入光纤锥的激光通常照射在铜质插针1的内凹槽处，而泄漏的激光通常是从光纤锥的锥区泄漏，照射在铜质直通毛细管50内壁上。这些在该结构中滞留的激光将全部转化为热，即封装结构内有约40W发热功率，这些热最终通过水循环系统带出。
凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述光纤锥水冷散热封装结构包括插针、螺母、护套、设有直通毛细管的水冷管道体及固定光纤的夹持部件，光纤锥穿过水冷管道体内部的直通毛细管，所述螺母及护套套接在插针上，且在插针上可限位移动，所述护套与水冷管道体前端相连，水冷管道体后端与夹持部件相连，所述水冷管道体上设有水冷进水口及水冷出水口。
2.根据权利要求1所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述插针与常用插针外径一致。
3.根据权利要求1所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述插针上设有台阶，在插针上设有凹口，在凹口上设有卡簧，所述螺母及护套位于台阶与卡簧之间。
4.根据权利要求1所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述护套为侧放的U形结构，在其内侧设有螺纹，通过螺纹与水冷管道体前端相连。
5.根据权利要求1所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述夹持部件包括光纤夹座、光纤压板以及外壳，所述光纤夹座的一端与水冷管道体后端相互配接，并通过螺丝固定，所述光纤夹座中间设有放置光纤的槽，并且在槽周围设有螺纹孔，光纤压板上设有与螺纹孔相对应的孔，通过螺丝将光纤压板锁紧在光纤夹座上，所述外壳套在光纤夹座上，并固定在水冷管道体上。
6.根据权利要求1所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述插针端面设有一内凹槽。
7.根据权利要求1所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述水冷进水口和水冷出水口均设有螺纹结构。
8.根据权利要求1所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述直通毛细管的内径与光纤锥外径相匹配，水冷管道体两端设有直通毛细管穿过的小孔，所述水冷管道体内径与直通毛细管外径相匹配，并在同一轴心上。
9.根据权利要求8所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述水冷管道体与直接毛细管的前、后两端通过焊锡密封连接。
10.根据权利要求8所述的光纤锥水冷散热封装结构，其特征在于：所述直通毛细管位于水冷管道体中间。
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