CN207368411U - 光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统，涉及光纤激光技术领域。所述光纤激光测试水冷板包括板材本体，所述板材本体的第一表面上设置有光纤水冷槽，所述板材本体与所述第一表面相对的第二表面上设置有水道，所述水道和所述光纤水冷槽的位置对应；其中，所述光纤水冷槽为圆环状，所述水道经过所述光纤水冷槽在所述第二表面上对应的位置。相对于现有技术，本实用新型提供的水冷板通过在板材本体上与光纤水冷槽相对的一面直接设置水道，能够实现对光纤的高效均匀冷却，且结构简单、易于加工，适用于各种输出功率和光纤直径的光纤激光系统。

Description

光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统

技术领域

本实用新型涉及光纤激光技术领域，具体而言，涉及一种光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统。

背景技术

目前，在光纤激光领域，光纤激光器从激光性能测试到样机研制等过程中都需要使用水冷板，以将光学系统增益放大过程中产生的冗热导出，避免光纤和光纤器件因温度过高而烧毁。可见，水冷板的设计对光纤激光系统的构型、稳定性、使用性能等都有很大影响，设计具有优异冷却效果的激光水冷板对光纤激光器至关重要。

光纤激光器水冷板的设计通常包括两个方面，即冷却水道的设计和光纤冷却槽的设计，表征水冷板的参数包括水道流速、热分布等。性能良好的光纤激光水冷板通常要求水道流速快、热分布均匀。

目前广泛使用的光纤激光器水冷板主要针对商业应用较广的20/400Yb掺杂有源光纤(YDF光纤)，其一般采用多路钻孔、边缘拼接的方式，在水冷板中形成水路循环，再在表面刻出光纤冷却槽，水冷板尺寸通常在300-500mm。

这种现有水冷板的设计和制备方法较为简单，便于批量生产，但是也存在很多问题。

一方面，上述水冷板水道数通常在4至6根，不能均匀覆盖整个水冷板，水冷板上无水道的区域冷却效果较差，从而导致冷却的不均匀。从热像分布观察可见，采用这种冷却方式的水冷板上的各个区域的热分布并不均匀，其会对激光器的使用产生不利影响。

另一方面，这种水冷设计方式适用于功率在3kW以下的激光系统，对于更高功率的激光系统，多路钻孔会影响水道流速，加之方形水道和圆形光纤冷却槽的不匹配，会严重影响光纤的冷却效果，特别是对于大功率大直径光纤可能用到的大盘绕光纤水冷槽，其需要的水道数量更多，给机械加工带来了很大的困难。

经过测试，目前使用的钻孔方式的水冷板，在2公斤水压下，采用Ф12mm的水冷管，其流速小于10L/min，难以满足大盘绕高功率光纤激光系统的冷却要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统，其能够有效改善上述问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种光纤激光测试水冷板，其包括板材本体，所述板材本体的第一表面上设置有光纤水冷槽，所述板材本体与所述第一表面相对的第二表面上设置有水道，所述水道和所述光纤水冷槽的位置对应，其中，所述光纤水冷槽为圆环状，所述水道经过所述光纤水冷槽在所述第二表面上对应的位置。

在本实用新型较佳的实施例中，所述水道的形状为宽度大于或等于所述光纤水冷槽宽度的圆环，所述水道覆盖所述光纤水冷槽在所述第二表面上对应的区域。

在本实用新型较佳的实施例中，所述板材本体上还设置有进水口和出水口，水流由所述进水口流入所述水道，并由所述出水口从所述水道流出。

在本实用新型较佳的实施例中，所述进水口和所述出水口并列设置在所述板材本体的同一侧，所述进水口和所述出水口之间通过隔板隔开，所述进水口到所述出水口之间的水流路径为唯一路径。

在本实用新型较佳的实施例中，所述水道内设置有多个导流柱。

在本实用新型较佳的实施例中，所述光纤水冷槽包括多个半径不同的同心环状沟槽，所述多个半径不同的同心环状沟槽的宽度相同。

在本实用新型较佳的实施例中，所述光纤激光测试水冷板还包括盖板，所述盖板盖合在所述水道靠近所述第二表面的一侧。

在本实用新型较佳的实施例中，所述盖板通过固定栓和所述板材本体固定连接。

在本实用新型较佳的实施例中，所述板材本体和所述盖板均为铝材制成。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种光纤水冷系统，其包括如上所述的光纤激光测试水冷板和循环水泵，所述循环水泵的给水端与回水端分别通过水冷管和所述光纤激光测试水冷板中板材本体上的水道相连，由所述循环水泵的给水端泵出的水流经水冷管进入所述水道，所述水道中的水流经另一条水冷管流出并进入所述循环水泵的回水端。

本实用新型实施例提供的光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统，通过在板材本体的第一表面上设置圆环状的光纤水冷槽，可以良好适配大功率大直径的大盘绕光纤的形状；通过在板材本体与所述第一表面相对的第二表面上，设置位置与所述光纤水冷槽的位置对应的水道，可为光纤水冷槽所在的区域提供完整且均匀的水冷覆盖面，有效提升了光纤水冷的效果。和现有技术相比，本实用新型通过在板材本体上与光纤水冷槽相对的一面直接设置水道，并通过该水道对光纤水冷槽所在区域进行均匀覆盖，使水冷板上各个区域的热分布均匀，实现了对光纤的高效均匀冷却；另外，由于水道在所述第二表面上的位置和圆环状的光纤水冷槽对应，相对于多路钻孔式，其结构更加简单，水流阻力小，水道中的水流可以达到更高的流速，大大提高了水冷板对光纤的冷却效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的光纤激光测试水冷板在第一方向上的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的光纤激光测试水冷板在第二方向上的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的光纤激光测试水冷板在第二种进出水口设置下的结构示意图；

图4为本实用新型第一实施例提供的光纤激光测试水冷板在第三种进出水口设置下的结构示意图；

图5为本实用新型第一实施例提供的设置有导流柱的光纤激光测试水冷板的结构示意图；

图6为本实用新型第一实施例提供的设置有盖板的光纤激光测试水冷板的结构示意图；

图7为本实用新型第二实施例提供的光纤水冷系统的结构示意图。

图标：100-板材本体；110-第一表面；120-第二表面；200-光纤水冷槽；300-水道；320-进水口；340-出水口；400-导流柱；500-盖板；520-固定栓；600-循环水泵；620-给水端；640-回水端；700-水冷管；1000-光纤激光测试水冷板；2000-光纤水冷系统。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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实用新型中的具体含义。

此外，“输入”、“输出”、“反馈”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该元件、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本实用新型的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统中各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

本实用新型实施例提供的光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统主要针对大直径光纤高功率激光测试和激光系统而研发，对于这类光纤(直径大于500μm)，光纤水冷板的直径通常大于500mm，输出功率通常大于3kW，在进行激光测试时需要对光纤水冷槽进行均匀、高效的冷却，而传统的多路钻孔方式已难以满足要求。本实用新型通过对水冷板的结构及水冷方式进行改进，能够对大盘绕光纤进行均匀、高效的冷却。

第一实施例

请参照图1和图2，本实施例提供了一种光纤激光测试水冷板1000，其包括板材本体100，所述板材本体100的第一表面110上设置有光纤水冷槽200，所述板材本体100与所述第一表面110相对的第二表面120上设置有水道300，所述水道300和所述光纤水冷槽200的位置对应。其中，所述光纤水冷槽200为圆环状，所述水道300经过所述光纤水冷槽200在所述第二表面120上对应的位置。

本实施例中，如图1所示，所述光纤水冷槽200包括多个半径不同的同心环状沟槽，所述多个半径不同的同心环状沟槽的宽度相同。这种光纤水冷槽200的结构可以用于将多根大盘绕光纤均匀铺设在光纤水冷槽200内，以使光纤的各个位置和水冷板的接触均匀，在激光测试时光纤的热量在水冷板上的分布更为均匀。

本实施例中，作为一种优选的实施方式，如图2所示，所述水道300的形状为宽度大于或等于所述光纤水冷槽200宽度的圆环，所述水道300覆盖所述光纤水冷槽200在所述第二表面120上对应的区域。可以理解的是，在其他可行的实施方案中，所述水道300还可以是覆盖所述光纤水冷槽200在所述第二表面120上对应区域的其它形状，例如为所述光纤水冷槽200圆环的外切三角形、矩形、五边形、六边形或其他，也可以是由边缘为多条曲线或直线构成的复杂图形。其中，水道300的形状可以优选为和所述光纤水冷槽200的圆环为同心圆或圆环，不难理解，此时在光纤水冷槽200的各个位置都能够获得均匀的水冷覆盖面，进而获得均匀的水冷效果。

本实施例中，作为一种优选的实施方式，所述板材本体100上还设置有进水口320和出水口340，水流由所述进水口320流入所述水道300，并由所述出水口340从所述水道300流出。

请参照图2，本实施例中，优选的，所述进水口320和所述出水口340并列设置在所述板材本体100的同一侧，所述进水口320和所述出水口340之间通过隔板隔开，所述进水口320到所述出水口340之间的水流路径为唯一路径。

本实施例中，将所述进水口320和所述出水口340并列设置在所述板材本体100的同一侧，有两方面的主要优点。

一方面，进水口320和出水口340并列设置，可以使从进水口320流入的水流充分流经整个完整的水道300，再由出水口340流出。由于进水口320和出水口340之间的隔板通常非常薄，其相对于水道300的直径可以忽略不计，此时并列设置的进水口320和出水口340能够保证流过水道300内的水能够对光纤水冷槽200所在的整个区域进行充分、均匀的冷却，且保证了水道300内的水流只有唯一的一条路径，不会由于分流导致水压下降、流速减少而降低水冷的效率。

另一方面，由于大直径大盘绕光纤的弯曲半径不能过小，因此在进行激光测试时的水冷板的尺寸通常会比较大，光纤水冷槽200和水道300的直径可以设计的更大。此时，通过将进水口320和出水口340并列设置，使水道300内水流的路径变为完整的圆环轨道，这种轨道使得水流在水道300内流通的阻力较小半径的圆环更小，可达到非常大的流速，方向变化更为平缓的水道300也不易发生水流扰乱现象，进一步增加了本实施例中的水冷板对光纤的冷却效率。

请参照图3，作为另一种可行的实施方式，所述进水口320和出水口340还可以相对设置在所述板材本体100的两侧，并分别与所述水道300连通。此时，经进水口320流入所述水道300的水流会分为对称的两路半圆环路径，最终在另一侧合流并经所述出水口340流出。相对于图2中的结构，图3中的结构由于分流，在同等的水压下图3中水流在水道300中的流速会降低。

可以理解的是，本实施例中的进水口320和出水口340还可以设置在如图4所示的垂直于所述板材本体100的第二表面120的方向，此时水流由垂直于所述第二表面120的水冷管700经进水口320流入水道300中，并在水道300中绕行一周后，由出水口340经另一水冷管700流出。在图4所示的情况下，水道300除进水口320和出水口340的其他部分应该是封闭的，其可以通过盖板500、防水胶层或其他密封结构实现。

请参照图5，本实施例中，所述水道300内还设置有多个导流柱400。通过在水道300内的各个位置上随机设置锥形的导流柱400，可以防止水道300内的水流由于流速过快而产生湍流导致的散热不均。可以理解的是，所述导流柱400的形状可以是三棱锥、圆锥或能够起到稳流效果的其他形状。同样的，在保证较好的稳流效果的前提下，导流柱400设置的方向也可以是任意的。

请参照图6，本实施例中，所述光纤激光测试水冷板1000还包括盖板500，所述盖板500盖合在所述水道300靠近所述第二表面120的一侧。通过设置盖板500，可以在板材本体100上形成闭合水路，而不需要借助其他结构或装置进行水道300的密封。

本实施例中，所述盖板500通过图6中示出的固定栓520和所述板材本体100固定连接。可以理解的是，所述盖板500还可以通过过盈配合、粘接、螺纹连接等方式固定在所述板材本体100上。

本实施例中，优选的，所述板材本体100和所述盖板500均可为铝材制作而成。由于铝合金具有优良的导热和可塑性，其更容易加工；且由于水道300位于光纤水冷槽200的正下方，水道300和光纤水冷槽200之间的铝层很薄，可以实现更为均匀、高效的导热冷却。

可以理解的是，所述板材本体100和盖板500的材料还可以选择其他机械强度高、物理化学性质稳定、导热性良好的材料。

与现有技术中使用的钻孔式水冷板相比，本实用新型实施例提供的光纤激光测试水冷板1000中光纤水冷槽200的直径更大，可以达到非常大的流速，也不会出现冷却不均的现象。

并且，在对本实施例中提供的光纤激光测试水冷板1000进行的最近的一次测试中，在3公斤水压下，采用Ф16mm的水冷管700，水道300内水流的流速可达到40L/min以上，其冷却效果相对于现有技术中的钻孔式水冷板提升了几倍，实现了高效均匀的冷却。

本实施例中，所述光纤激光测试水冷板1000的光纤水冷槽200和水道300的直径、槽宽、槽深等可以根据需求进行调整，需要注意的是，光纤激光测试系统中水冷板上的其它固定孔位未详细画出。

第二实施例

请参照图7，本实施例提供了一种光纤水冷系统2000，其包括上述第一实施例中提供的光纤激光测试水冷板1000和循环水泵600。所述循环水泵600的给水端620与回水端640分别通过水冷管700和所述光纤激光测试水冷板1000中板材本体100上的水道300相连。由所述循环水泵600的给水端620泵出的水流经水冷管700进入所述水道300，所述水道300中的水流经另一条水冷管700流出并进入所述循环水泵600的回水端640。

通过本实施例中的循环水泵600，可以在对循环水泵600供给其他能源的情况下，实现对光纤水冷系统2000中水资源的循环使用。

综上所述，本实用新型实施例提供的光纤激光测试水冷板及光纤水冷系统，通过在板材本体的第一表面上设置圆环状的光纤水冷槽，可以良好适配大功率大直径的大盘绕光纤的形状；通过在板材本体与所述第一表面相对的第二表面上，设置位置与所述光纤水冷槽的位置对应的水道，可为光纤水冷槽所在的区域提供完整且均匀的水冷覆盖面，有效提升了光纤水冷的效果。和现有技术相比，本实用新型通过在板材本体上与光纤水冷槽相对的一面直接设置水道，并通过该水道对光纤水冷槽所在区域进行均匀覆盖，使水冷板上各个区域的热分布均匀，实现了对光纤的高效均匀冷却；另外，由于水道在所述第二表面上的位置和圆环状的光纤水冷槽对应，相对于多路钻孔式，其结构更加简单，水流阻力小，水道中的水流可以达到更高的流速，大大提高了水冷板对光纤的冷却效率。

Claims (10)

1.一种光纤激光测试水冷板，其特征在于，包括板材本体，所述板材本体的第一表面上设置有光纤水冷槽，所述板材本体与所述第一表面相对的第二表面上设置有水道，所述水道和所述光纤水冷槽的位置对应，

其中，所述光纤水冷槽为圆环状，所述水道经过所述光纤水冷槽在所述第二表面上对应的位置。

2.根据权利要求1所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述水道的形状为宽度大于或等于所述光纤水冷槽宽度的圆环，所述水道覆盖所述光纤水冷槽在所述第二表面上对应的区域。

3.根据权利要求1所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述板材本体上还设置有进水口和出水口，水流由所述进水口流入所述水道，并由所述出水口从所述水道流出。

4.根据权利要求3所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述进水口和所述出水口并列设置在所述板材本体的同一侧，所述进水口和所述出水口之间通过隔板隔开，所述进水口到所述出水口之间的水流路径为唯一路径。

5.根据权利要求1所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述水道内设置有多个导流柱。

6.根据权利要求1所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述光纤水冷槽包括多个半径不同的同心环状沟槽，所述多个半径不同的同心环状沟槽的宽度相同。

7.根据权利要求1所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述光纤激光测试水冷板还包括盖板，所述盖板盖合在所述水道靠近所述第二表面的一侧。

8.根据权利要求7所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述盖板通过固定栓和所述板材本体固定连接。

9.根据权利要求7所述的光纤激光测试水冷板，其特征在于，所述板材本体和所述盖板均为铝材制成。

10.一种光纤水冷系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的光纤激光测试水冷板和循环水泵，所述循环水泵的给水端与回水端分别通过水冷管和所述光纤激光测试水冷板中板材本体上的水道相连，

由所述循环水泵的给水端泵出的水流经水冷管进入所述水道，所述水道中的水流经另一条水冷管流出并进入所述循环水泵的回水端。