CN207895122U - 高功率光纤合束器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高功率光纤合束器，包括金属保护外壳和熔接好的光纤，光纤穿过金属保护外壳且通过固定胶固定于金属保护外壳的两端，光纤和金属保护外壳之间的减震导热区中填充导热材料；光纤由导热纸包裹，并用金属保护外壳的上、下金属壳体将导热纸压紧。本实用新型通过在光纤和金属保护外壳之间的减震导热区填充耐高温的导热材料，使得光纤处于非悬空状态，不仅起到了防震的作用，而且导热快，这种结构使该器件具有了良好的耐高温及防震性能；光纤采用导热纸包裹，并用金属保护外壳压紧，能够将光纤产生的热量及时传递到金属壳体，在由金属壳体传到外部；本实用新型结构简单，散热结构稳定可靠，能够连续工作稳定，具有良好的防震性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种激光应用领域的元件，具体涉及一种高功率光纤合束器。
背景技术
随着光纤激光技术的迅速发展和成熟，光纤激光器的特点和优势已逐渐被人们所认识，并在国防、工业加工、医疗、气象等领域得到了广泛应用；而光纤合束器是大功率光纤激光器的核心组件之一，也是目前最有效的泵浦耦合器件。由于光纤激光器的市场需求和应用逐年在大幅增加，特别是在激光和通讯领域，对光纤合束器的需求也日益提高。光纤合束器是将多根光纤熔融在一起，再与另一根光纤熔接耦合而成，这种结构可以将多个大功率的光纤激光器的能量高效耦合进一根光纤传输，能够获得使用功率在千瓦级的激光束，这对光纤合束器的可靠性(例如长时间工作的稳定性、散热性、防震性能等)提出了更高要求，光纤合束器在工作中会产生热量，尤其在对高功率激光合束时，会产生很高的热量，这些热量足以将合束器产品本身损坏，所以如何将光纤合束器产生的热量及时散掉，以保证合束器能正常工作，成了现有高功率光纤合束器亟待解决的问题。
目前，如图1所示，现有的光纤合束器主要包括金属保护外壳10和穿过金属保护外壳10且通过固定胶40固定于金属保护外壳10两端的光纤30，光纤30在金属保护外壳10内悬空设置。由于高功率光纤合束器在工作过程中会产生较高的热量，而图1所示的光纤合束器结构中，光纤30与金属保护外壳10间的空间20内充满静止的空气，众所周知，空气为传热的不良导体且导热系数很低，这种结构的器件因散热效果差而存在安全隐患，光纤合束器产生的热量不能及时传导出去，热量容易在器件内聚集，影响器件的工作稳定性，长时间使用甚至会导致器件过热而烧毁；光纤在金属保护外壳10内悬空设置，防震性能差。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供一种导热性能良好的高功率光纤合束器。
一种高功率光纤合束器，包括金属保护外壳(10)和熔接好的光纤(30)，光纤(30)穿过金属保护外壳(10)且通过固定胶(40)固定于金属保护外壳(10)的两端，光纤(30)和金属保护外壳(10)之间的空间设为减震导热区(50)，且减震导热区(50)中填充导热材料(60)。
上述高功率光纤合束器中，所述光纤(30)由导热纸(70)包裹。
上述高功率光纤合束器中，所述导热材料(60)为导热耐高温材料，为金属导热粉、非金属导热粉或导热液。
上述高功率光纤合束器中，所述金属保护外壳(10)由上、下金属壳体组合而成，两金属壳体相对的表面上都设置有在长度方向上贯穿的半圆形凹槽，上、下金属壳体扣合后，两半圆形凹槽相对拼接为长度方向贯穿金属保护外壳(10)的圆形孔。
上述高功率光纤合束器中，所述光纤(30)穿过所述该圆形孔，光纤(30)的两端通过固定胶(40)固定在圆形孔的两端。
上述高功率光纤合束器中，所述固定胶(40)为耐高温、防潮性好、温度系数低的紫外胶或热固化胶。
上述高功率光纤合束器中，所述金属保护外壳(10)为铝合金。
上述高功率光纤合束器中，所述金属保护外壳(10)的上、下金属壳体为长方形。
采用以上技术手段，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型通过在光纤和金属保护外壳之间的减震导热区填充耐高温的导热材料，使得光纤处于非悬空状态，不仅起到了防震的作用，而且导热快，这种结构使该器件具有了良好的耐高温及防震性能；光纤采用导热纸包裹，并用金属保护外壳压紧，能够将光纤产生的热量及时传递到金属壳体，在由金属壳体传到外部；本实用新型结构简单，散热结构稳定可靠，能够连续工作稳定，具有良好的防震性能。
附图说明
图1是现有技术中光纤合束器的结构示意图；
图2是本实用新型高功率光纤合束器的结构示意图。
图中附图标记表示为：
10：金属保护外壳，30：光纤，40：固定胶，20：光纤和金属保护外壳之间的空间；
50：减震导热区，60：导热材料，70：导热纸。
具体实施方式
为解决现有高功率光纤合束器散热性、防震性能差的问题，本实用新型提供一种高功率光纤合束器封装结构，该器件采用以下设计思路：通过将熔接好的光纤30穿过金属保护外壳10并采用固定胶40固定于金属保护外壳10的两端，光纤30和金属保护外壳10之间的空间设为减震导热区50，且减震导热区中填充导热材料60，从而增强高功率光纤合束器的散热性能和防震性能。
以下结合附图和具体实施实例，对本实用新型高功率光纤合束器进行详细说明。
本实用新型提供了高功率光纤合束器封装结构，其实施例一的结构参见图2，包括金属保护外壳10和熔接好的光纤30，光纤30穿过金属保护外壳10且通过固定胶40固定于金属保护外壳10的两端，二者之间的减震导热区50中填充导热材料60。
其中，金属保护外壳10为两块长方形上、下金属壳体组合而成，两壳体相对的表面上都设置有在长度方向上贯穿的半圆形凹槽，两上、下壳体扣合后，两半圆形凹槽相对拼接为长度方向贯穿金属保护外壳10的圆形孔，熔接好的光纤30穿过该圆形孔，光纤30与金属保护外壳10的圆形孔壁所形成的空间为减震导热区50，将导热材料60填充到减震导热区50中，使得该器件的光纤30处于非悬空状态以增强该器件的散热性能和防震性能；另外，在减震导热区50填充导热材料60的基础上，两张导热纸70设置在光纤30的上部和下部将光纤30包裹，并将导热纸70延展到上、下金属壳体处，然后上、下金属壳体将导热纸压紧，通过在光纤30的周围填充导热纸70，能够迅速将光纤30产生的热量及时传递到金属壳体，在由金属壳体传到外部。
光纤30通过固定胶40固定于金属保护外壳10的圆形孔两端，固定胶40可以是耐高温、防潮性好、温度系数较低的紫外胶、热固化胶等。
金属保护外壳10要求具有良好的导热性和硬度，可以是铝合金等金属材料，其形状尺寸也可以根据不同需要进行加工。
减震导热区50中填充的导热材料为导热耐高温材料，可以选用已有的金属导热粉或非金属导热粉、导热液以及导热纸，其中，导热液为膏状液体，具有一定的粘稠性。
上述光纤合束器的装配过程如下：
将金属保护外壳10的其中一个金属壳体的半圆形凹槽用导热材料60填充，然后在导热材料60上面放上导热纸70，将多根泵浦光纤与另一根信号光纤熔接好后的光纤30，放到导热纸70上，用固定胶40将光纤30的两端固定在金属保护外壳10上；同样将另外一个金属壳体的半圆形凹槽50用导热材料60填充，然后在导热材料60上面放上导热纸70，最后将上、下两个金属壳体扣合到一起，将导热纸70压紧，并用螺丝将上、下金属壳体锁紧。
将本实用新型提供的一种(6+1)×1，输入光纤为200/220微米，数值孔径为0.22，信号光纤(输出光纤)为20/400微米，数值孔径为0.46的光纤合束器与现有的光纤合束器进行散热性测试：
(1)测试样品：取同尺寸的能够正常工作的本实用新型和现有技术光纤合束器，各5只；其中，本实用新型的金属保护外壳10的封装尺寸为60×14×8(mm)，其减震导热区50中填充导热材料及导热纸；现有光纤合束器金属保护壳的封装尺寸为60×14×8(mm)，两种相同。
(2)散热性能实验：用六只功率为70w、915nm的激光器，分别连接本实用新型和现有的光纤合束器，测试环境温度为25℃，测试其输出功率及连续工作10分钟后的表面温度。
测试结果为：将本实用新型和现有的光纤合束器的输出功率调为固定输出400瓦，连续工作10分钟后，本实用新型表面温度比现有的平均低5℃左右，在保持给定固定电流的条件下，本实用新型输出功率保持不变，现有合束器功率平均为389瓦。实验结果说明本实用新型提供的高功率光纤合束器具有良好的导热性能，能够连续稳定工作，输出功率稳定，耐热结构可靠。
本领域技术人员应当理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型的范围，对本实用新型所做的各种等价变型和修改均属于本实用新型公开内容。
Claims (8)
1.一种高功率光纤合束器，包括金属保护外壳(10)和熔接好的光纤(30)，光纤(30)穿过金属保护外壳(10)且通过固定胶(40)固定于金属保护外壳(10)的两端，其特征在于，光纤(30)和金属保护外壳(10)之间的空间设为减震导热区(50)，且减震导热区(50)中填充导热材料(60)。
2.根据权利要求1所述的高功率光纤合束器，其特征在于，所述光纤(30)由导热纸(70)包裹。
3.根据权利要求1或2所述的高功率光纤合束器，其特征在于，所述导热材料(60)为导热耐高温材料，为金属导热粉、非金属导热粉或导热液。
4.根据权利要求3所述的高功率光纤合束器，其特征在于，所述金属保护外壳(10)由上、下金属壳体组合而成，两金属壳体相对的表面上都设置有在长度方向上贯穿的半圆形凹槽，上、下金属壳体扣合后，两半圆形凹槽相对拼接为长度方向贯穿金属保护外壳(10)的圆形孔。
5.根据权利要求4所述的高功率光纤合束器，其特征在于，所述光纤(30)穿过所述该圆形孔，光纤(30)的两端通过固定胶(40)固定在圆形孔的两端。
6.根据权利要求5所述的高功率光纤合束器，其特征在于，所述固定胶(40)为耐高温、防潮性好、温度系数低的紫外胶或热固化胶。
7.根据权利要求6所述的高功率光纤合束器，其特征在于，所述金属保护外壳(10)为铝合金。
8.根据权利要求7所述的高功率光纤合束器，其特征在于，所述金属保护外壳(10)的上、下金属壳体为长方形。
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|---|---|---|---|---|
| CN109188610A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-01-11 | 北京工业大学 | 一种带有封装结构的光纤合束器 |
| CN109725387A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-05-07 | 南开大学 | 一种适用于热真空环境下的高功率光纤合束器 |
| CN110989073A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-10 | 哈尔滨工程大学 | 一种高能激光光纤束及其制作方法 |
| CN115291342A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-11-04 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 提升金属化光纤与光芯片耦合精度的方法及金属化光纤 |
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