CN208923549U - 一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及属于光纤激光器领域，涉及一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置。现有的散热装置结构复杂，在长时间工作时双包层光纤光栅容易断裂。本实用新型提供的一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，包括壳体和设置在壳体内的双包层光纤光栅，其特征在于：还包括内芯，所述的内芯内嵌套所述的双包层光纤光栅，所述的壳体套设在所述的内芯外。本实用新型的散热装置采用嵌套式结构组成，内芯采用低膨胀系数的硅铝合金材料制成，壳体采用高导热率的铝合金或铜合金材料制成，不仅能保证热量的快速散出，同时封装结构简单，双包层光纤光栅不易断裂。

Description

一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置

技术领域

本实用新型属于光纤激光器领域，特别是涉及光纤激光器用双包层光纤光栅的散热，具体指一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置。

背景技术

目前高功率光纤激光器已经开始进入各行业领域，高功率光纤激光器在切割、焊接、热处理以及激光打标、激光雕刻、激光医疗设备和仪器等方面的发展具有巨大的市场潜力，甚至十万瓦级别光纤激光器美国IPG公司已经进入军事武器装备领域用途。

随着高功率半导体激光器泵浦、双包层光纤制作工艺及双包层光纤光栅制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率水平快速提升，单根光纤的输出已经达到了万瓦级水平，并在高精度激光加工、激光医疗、光通信及国防等领域获得了广泛应用。

双包层光纤光栅是高功率光纤激光器的关键技术之一，通常采用一对分别具有高反射率和低反射率的双包层光纤光栅作为高功率光纤激光器的谐振腔，其中高反射率的双包层光纤光栅作为反射端，具有很高的热量损失。对于高功率光纤激光器来说，一般有15%的能量损耗，这部分能量损耗会转化为热量损伤双包层光纤光栅。正常工作情况下，双包层光纤光栅需要在85℃下才能进行长时间连续工作，因此双包层光纤光栅在作为光纤激光器的谐振腔使用时，需要对高功率双包层光纤光栅进行散热封装。

专利号CN201110264460.1 公开了一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的封装装置，它是将双包层光纤光栅裸纤封装在一个金属管壳内，在金属管壳中灌封有折射率匹配液，热量通过光纤光栅后由折射率匹配液将热量散出，然而由于光纤光栅工作时会产生大量的热量，长时间工作状态下折射率匹配液会存在蒸发现象，影响器件的使用寿命；同时由于光纤光栅的膨胀系数较小，金属管壳的膨胀系数较大，由于两种材料膨胀系数相差太大，高温情况下使得光纤光栅容易断裂。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其由低膨胀系数的内芯和高导热率的壳体嵌套式装配组成，可以满足高功率光纤激光器在长时间高温情况下双包层光纤光栅热量的散出，保证双包层光纤光栅的稳定工作。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，包括壳体和设置在壳体内的双包层光纤光栅，其特征在于：还包括内芯，所述的内芯内嵌套所述的双包层光纤光栅，所述的壳体套设在所述的内芯外。

上述内芯为筒状或槽状结构。

上述的壳体内开设有容纳所述内芯的芯槽，所述的内芯设置在所述的芯槽内。

上述的双包层光纤光栅和内芯之间、内芯和芯槽之间均设置有导热硅脂或导热硅胶。

上述的壳体由壳底和壳盖组成，所述的芯槽设置在所述的壳底或壳盖上。

上述芯槽的横截面外形与内芯的横截面外形相同。

上述内芯的一端部设置有注胶槽或注胶孔。

上述壳底或壳盖的中部径向设置有沉槽或槽孔与所述的芯槽连通。

上述的内芯由低膨胀系数材料制成。

上述的壳体由高导热率材料制成。

上述的低膨胀系数材料优选的采用硅铝合金。

上述的高导热率材料优选的采用铝合金或铜合金。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点和效果。

1、本实用新型采用低膨胀系数材料的内芯和高导热率材料的壳体嵌套式封装结构，以低膨胀系数材料作为内芯将双包层光纤包裹住，内芯和包裹的双包层光纤光栅共同嵌套在高导热率材料的壳体中，当高功率光纤激光器在工作时，双包层光纤光栅产生高温，依次通过内芯和壳体传导散热。对于高功率光纤激光器来说，15%功率损耗会转化为热量散出，当双包层光纤光栅发热时，整个封装结构会受热膨胀，此时包裹双包层光纤光栅的内芯由于膨胀系数较低，因此不会对双包层光纤光栅产生较大的拉力，使得双包层光纤光栅在高温工作时不宜断裂；而外壳采用高导热材料制成，使得双包层光纤光栅的热量能快速散出，保证双包层光纤光栅的稳定工作。

2、散热装置采用嵌套式结构组成，封装结构简单，并且内芯采用低膨胀系数的硅铝合金材料制成，壳体采用高导热率的铝合金或铜合金材料制成，由于内芯材料用料较少，因此使得整个散热装置的成本低廉，易于批量化生产。

附图说明

图1是实施例1爆炸结构示意图。

图2是实施例1装配结构示意图。

图3是实施例1壳底横截面结构示意图。

图4是实施例1内芯横截面结构示意图。

图5是实施例2爆炸结构示意图。

图6是实施例2装配结构示意图。

图7是实施例2壳底横截面结构示意图。

图8是实施例2内芯横截面结构示意图。

图9是实施例3爆炸结构示意图。

图10是实施例3装配结构示意图。

图11是实施例3壳体横截面结构示意图。

图12是实施例3内芯横截面结构示意图。

图13是实施例4爆炸结构示意图。

图14是实施例4装配结构示意图。

图15是实施例4壳体横截面结构示意图。

图16是实施例4内芯横截面结构示意图。

图中，1-双包层光纤光栅、2-壳体、3-内芯、4-注胶槽、5-紧固螺丝、6-螺纹孔、7-通孔、8-沉槽、9-芯槽、10-U型通槽、11-光纤卡槽、12-注胶孔、13-槽孔，14-圆形通孔、15-圆形通槽、21-壳盖、22-壳底、91-上芯槽、92-下芯槽。

具体实施方式

下面参考附图和具体实施例来对本实用新型进行详细说明。在本实用新型的一个附图或一种实施例中描述的元素和特征可以与一个或更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。

实施例1

参见图1、图2。一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，包括铝合金的壳体2和硅铝合金的内芯3，所述的壳体2由壳盖21和壳底22上下贴合组成一体，所述的内芯3设置在壳盖21和壳底22之间。所述的壳盖21和壳底22为平面板状结构，壳盖21和壳底22两侧上均设置有螺纹孔6，壳盖21和壳底22通过设置在螺纹孔6内的紧固螺丝5将内芯3固定壳盖21和壳底22之间，双包层光纤光栅1的光栅段嵌套在内芯3内，双包层光纤光栅光栅段两端的光纤延伸出壳体2的外部。

参见图3。在所述的壳底22上表面横向开设有贯穿壳底22两端面的横截面为方型的芯槽9，在芯槽9中部的壳底22上纵向设置有沉槽8与所述的芯槽9相贯通，所述的内芯3嵌入在所述的芯槽9内，在沉槽8内填充有353ND胶水用于将内芯3和壳底22固定为一体，以防止热胀冷缩时内芯3移动出壳底22的芯槽9。

为了便于双包层光纤光栅散热装置与热沉的固定，在芯槽9两侧的壳盖21和壳底22上还设置有用于散热装置的通孔7。

参见图4。所述的内芯3为方型槽状结构，内芯3的长度与壳底22长度一致，内芯3的外形与壳底22上的芯槽9外形一致。内芯3上表面开设有贯穿内芯3前后端的U型通槽10，内芯3的一端部设置有与U型通槽10贯通的注胶槽4，双包层光纤光栅1的光栅段设置有U型通槽10内通过注入在注胶槽4内的导热硅胶将其固定，防止热胀冷缩时双包层光纤光栅1的光栅段移动出内芯3。

为了便于双包层光纤光栅的热量散出，在U型通槽10和双包层光纤光栅的光栅段之间、内芯3和芯槽9之间还填充有一层导热硅脂。

实施例2

参见图5、图6。一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，包括铜合金的壳2和硅铝合金的内芯3，所述的壳体2由壳底22和壳盖21组成，所述的内芯3设置在壳底22和壳盖21之间，壳盖21下表面和壳底22上表面通过胶水粘结贴合将内芯3固定在壳底22和壳盖21之间，双包层光纤光栅1的光栅段嵌套在内芯3内，双包层光纤光栅光栅段两端的光纤延伸出壳体2的外部。

如图7所示。在所述的壳底22上表面横向开设有贯穿壳底22两端面的横截面为U型结构的芯槽9，所述芯槽9的长度小于壳底22的长度，在芯槽9两端的壳底22上设置有与芯槽9两端连通的U型光纤卡槽11，所述的光纤卡槽11的宽度小于芯槽9的宽度。由于光纤卡槽11宽度小于芯槽9的宽度，当内芯3嵌入在芯槽9内时，内芯3被固定在壳底22和壳盖21之间，以防止热胀冷缩时内芯3移动出壳底22和壳盖21。

为了便于双包层光纤光栅散热装置与热沉的固定，在芯槽9两侧的壳盖21和壳底22上还设置有用于固定散热装置的通孔7。

如图8所示。所述的内芯3为U型槽状结构，所述内芯3的外截面形状与壳底22上的芯槽9外截面形状相同，所述的内芯3嵌入在所述壳底22的芯槽9内，双包层光纤光栅光栅段两侧的光纤段则设置在芯槽9两端的壳底22上的光纤卡槽11内延伸出壳底22两端的外部。内芯3上表面开设有贯穿内芯3前后端的U型通槽10，内芯3的一端部设置有与U型通槽10贯通的注胶槽4，双包层光纤光栅1的光栅段设置有内芯3的U型通槽10内并通过填充在注胶槽4内的导热硅胶将其固定，以防止热胀冷缩时双包层光纤光栅1的光栅段移动出内芯3。

为了便于双包层光纤光栅的热量散出，在U型通槽10和双包层光纤光栅1的光栅段之间、内芯3和芯槽9之间还涂覆有一层导热硅脂。

实施例3

参见图9、图10及图11。一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，包括铝合金的壳体2和硅铝合金的内芯3。所述的壳体2为板状结构，壳体2内开设有贯穿壳体2两端的圆形通孔14，壳体2中部开设有与圆形通孔14连通的槽孔13，所述的内芯3嵌入在壳体2的圆形通孔14内，在壳体2上的槽孔13内填充有353ND胶水将内芯3和壳体2固定为一体，以防止热胀冷缩时内芯3移动出壳体2的圆形通孔14。

为了便于双包层光纤光栅散热装置与热沉的固定，在圆形通孔14两侧的壳体2上还开设有用于固定散热装置的通孔。

如图12所示，所述的内芯3为圆筒状结构，内芯3中部横向贯穿开设有圆形通槽15，内芯3的一端开设有贯穿内芯3的注胶孔12，双包层光纤光栅1的光栅段套设在所述的内芯3的圆形通槽15内，双包层光纤光栅1的光栅段两侧的光纤段则延伸出壳体2两端的外部。在所述注胶孔12内填充有导热硅胶将双包层光纤光栅1与内芯3固定为一体，以防止热胀冷缩时双包层光纤光栅1的光栅段移动出内芯3。

为了便于双包层光纤光栅的热量散出，在圆形通槽15和双包层光纤光栅1的光栅段之间、内芯3和圆形通孔14之间还涂覆有一层导热硅脂。

实施例4

参见图13、图14及图15。本实施例的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，包括铝合金的壳体2和硅铝合金的内芯3，所述的壳体2由壳盖21和壳底22上下通过胶水贴合固定为一体，所述的内芯3设置在壳盖21和壳底22之间，所述的壳盖21和壳底22为平面板状结构。壳盖21和壳底22之间设置芯槽9，所述的芯槽9包括上芯槽91和下芯槽92，上芯槽91设置在壳盖21的下表面并贯穿壳盖21的两端面，下芯92设置在壳底22的上表面并贯穿壳底22的两端面，所述的上芯槽91和下芯槽92上下贴合形成横截面为方型结构，在壳盖21上表面中部设置有与上芯槽91连通的槽孔13，在壳底22上表面中部开设有纵向贯穿下心槽92的沉槽8。

为了便于双包层光纤光栅散热装置与热沉的固定，在芯槽9两侧的壳底22和壳盖21上还开设有用于固定散热装置的通孔。

如图16所示。所述的内芯3为方型筒状结构，内芯3中部横向贯穿开设有圆形通槽15，内芯3的一端开设有贯穿内芯3的注胶孔12，所述的内芯3嵌入所述的上芯槽91和下芯槽92内，在上芯槽91、下芯槽92和内芯3之间填充有导热硅脂，在壳盖21的槽孔13和壳底22的沉槽8内均填充353ND固化胶将内芯3与壳底22和壳盖21固定为一体，以防止热胀冷缩时内芯3移动出壳体2的芯槽9。所述的双包层光纤光栅1的光栅段套设在内芯3内，光栅段两侧的光纤延伸出所述的壳体2外部。在内芯3的注胶孔12内填充导热硅胶将双包层光纤光栅1和内芯3固定，以防止热胀冷缩时双包层光纤光栅1的光栅段移动出内芯3。

为了便于双包层光纤光栅的热量散出，在圆形通槽15和双包层光纤光栅1的光栅段之间、内芯3和芯槽9之间还涂覆有一层导热硅脂。

虽然本实用新型已经详细说明了技术方案，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本领域内的普通技术人员从本实用新型的公开内容将容易理解，根据本实用新型可以使用执行与在此所述的相应技术方案基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果、方法或者步骤，都属于本实用新型所涵盖的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，包括壳体（2）和设置在壳体（2）内的双包层光纤光栅（1），其特征在于：还包括内芯（3），所述的内芯（3）内嵌套所述的双包层光纤光栅（1），所述的壳体（2）套设在所述的内芯（3）外。

2.根据权利要求1所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述内芯（3）为筒状或槽状结构。

3.根据权利要求1或2所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述的壳体（2）内开设有容纳所述内芯（3）的芯槽（9），所述的内芯（3）设置在所述的芯槽（9）内。

4.根据权利要求3所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述的壳体（2）由壳底（22）和壳盖（21）组成，所述的芯槽（9）设置在所述的壳底（22）或壳盖（21）上。

5.根据权利要求4所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述的双包层光纤光栅（1）和内芯（3）之间、内芯（3）和芯槽（9）之间均设置有导热硅脂或导热硅胶。

6.根据权利要求5所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述芯槽（9）的横截面外形与内芯（3）的横截面外形相同。

7.根据权利要求6所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述内芯（3）的一端部设置有注胶槽（4）或注胶孔（12）。

8.根据权利要求4所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述壳底（22）或壳盖（21）的中部径向设置有沉槽（8）或槽孔（13），所述的沉槽（8）或槽孔（13）与所述的芯槽（9）连通。

9.根据权利要求7所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述的内芯（3）由低膨胀系数材料制成。

10.根据权利要求8所述的用于高功率光纤激光器的双包层光纤光栅的散热装置，其特征在于：所述的壳体（2）由高导热率材料制成。