CN212114288U - 一种热容式短时大功率光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热容式短时大功率光纤激光器，包括激光器材、平台、大热容装置，大热容装置包括外壳、芯材，芯材置于外壳内部，芯材为石蜡石墨系材料或金属相变储能材料；激光器材安装在大热容装置的第一端，大热容装置的第二端安装在平台上；本申请将传统热控技术中的冷板用大热容装置代替，并移除相应泵阀组件和管路，大热容装置能够吸收短时大功率光纤激光器的废热且自身的温度不会发生较大突变，同时通过调整大热容装置与激光器材发热器件之间的传热热阻，使得短时大功率光纤激光器在出光期间，各个部件均处在工作温度范围内。

Description

一种热容式短时大功率光纤激光器

技术领域

本实用新型属于坝体检测技术领域，具体涉及一种热容式短时大功率光纤激光器。

背景技术

液冷系统是目前高功率光纤激光器最常用的热控方案，主要通过流体对流换热和热传导的方式进行散热，现在应用的液冷系统包括液冷机组3、冷板2、管路组成，如图1所示。液冷机组3又包括泵、膨胀阀、散热器、冷凝器等。其中激光器材1中的发热器件紧贴在冷板表面，发热器件的废热经冷板表面传递给冷板内流动的流体，并被带走，吸收废热的流体通过液冷机组释放废热，最终达到发热器件的散热目的。

现有技术中的光纤激光器的缺点是：

液冷系统质量和体积大，能耗高，可靠性和环境适应性差；

上述缺点的导致原因是：

液冷系统包括泵阀组件、管路、流体工质等，使得其质量和体积均很大，且液冷回路需电能驱动，能耗高。同时泵阀组件和管路，任意一个小环节出问题，都可能导致整个液冷系统散热功能失效，可靠性差。高低温环境会使流体工质流动受阻，泵的工作性能下降，其它环境因数包括热真空，振动冲击，辐射等都可能使得液冷系统的性能下降或者失效，环境适应性差。

因此急需研发出一种热容式短时大功率光纤激光器来解决以上问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本实用新型提供了一种热容式短时大功率光纤激光器。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种热容式短时大功率光纤激光器，包括激光器材、平台、大热容装置，大热容装置包括外壳、芯材，芯材置于外壳内部，芯材为石蜡石墨系材料或金属相变储能材料；激光器材安装在大热容装置的第一端，大热容装置的第二端安装在平台上。

具体地，热容式短时大功率光纤激光器还包括热阻调节材料，热阻调节材料置于激光器材与大热容装置的第一端之间、以及大热容装置的第二端与平台之间。

优选地，芯材为发泡石墨加碳烷C_nH_2n+2，碳烷C_nH_2n+2为n大于等于12的正碳烷。

优选地，热阻调节材料包括导热硅脂或铟片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本申请将传统热控技术中的冷板用大热容装置代替，并移除相应泵阀组件和管路，大热容装置能够吸收短时大功率光纤激光器的废热且自身的温度不会发生较大突变，同时通过调整大热容装置与激光器材发热器件之间的传热热阻，使得短时大功率光纤激光器在出光期间，各个部件均处在工作温度范围内。

热容式短时大功率光纤激光器的热控部件只有单一的大热容装置，使得其整个系统非常紧凑，且能耗低，同时可靠性和环境适应性得到很大提高。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本申请的结构示意图。

图中：1—激光器材、2—冷板、3—液冷机组、4—大热容装置、41—外壳、42—芯材、5—热阻调节材料、6—平台。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本实用新型提供以下技术方案：

如图2所示，一种热容式短时大功率光纤激光器，包括激光器材1、热阻调节材料5、大热容装置4，大热容装置4包括外壳41、芯材42，芯材42置于外壳41内部，芯材42为石蜡石墨系材料或金属相变储能材料；激光器材1安装在大热容装置4的第一端，大热容装置4的第二端安装在热阻调节材料5上。

如图2所示，热容式短时大功率光纤激光器还包括热阻调节材料5，热阻调节材料5置于激光器材1与大热容装置4的第一端之间、以及大热容装置4的第二端与热阻调节材料5之间。

芯材42为发泡石墨加碳烷C_nH_2n+2，碳烷C_nH_2n+2为n大于等于12的正碳烷。

热阻调节材料5包括导热硅脂或铟片。

本申请中，激光器的发热器件紧贴在大热容装置4的壳体表面，热阻调节材料5填充于于激光器材1与大热容装置4的第一端之间、以及大热容装置4的第二端与热阻调节材料5之间；壳体与激光器件之间填充调节接触热阻的材料(导热硅脂、铟片等)，大热容装置4的芯材42可采用相变工质(利用相变潜热提高其等效热容)复合高热导率的骨架材料(如石蜡石墨系)或者同时具备高潜热和高导热率的材料(如金属相变储能材料)，大热容装置4通过安装底座与热阻调节材料5连接，大热容装置4储存的废热通过热阻调节材料5释放。

根据光纤激光器的布局可知，激光器材1和大热容装置4的装配在传热学上属于热阻串联方式，热阻串联公式(1)可表示为：

式中：q为热流密度W/m2；T1为高温端温度℃；T2为低温端温度℃；δ₁、δ₂、δ₃…分别为串联导热路线上各个部件的厚度m，λ₁、λ₂、λ₃…分别为串联导热各个部件的热导率W/m˙K，

由公式(1)可知，在q值一定的情况下，适当的调节T2(大热容装置4的工作温度)和式中分母

的值(传热过程热阻)，可保证T1维持在相应的工作温度范围内(激光器件温度)。

针对激光器短时大功率出光特点，其短时间产生大量废热，此时废热通过调节接触热阻的辅材传递到大热容装置4中，为保持大热容装置4在吸热过程中温度不发生突变，芯材42拟采用高相变潜热高导热率的材质或者复合材质进行热量吸收。由于激光器各个器件的热流密度不一样，在选定大热容装置4的芯材42的同时，适当的调整传热过程热阻

的值，使不同激光器件T1达到温控要求的数值范围。

本申请关键点是采用大热容装置4作为短时大功率光纤激光器的储热结构，通过大热容装置4的芯材42吸收激光器的废热，同时在设计前期根据光纤激光器要求的工作温度范围，确定大热容装置4芯材42的工作温度(确定相变复合材料的相变温度点或者合适的金属相变储能材料等)，适当调整大热容装置4的壳体材料(调节材料的导热率)和壳体厚度或形状，以及激光器件与大热容装置4之间辅材的材料类型和厚度，以达到调整激光器件与大热容装置4之间的接触热阻的目的，最终使得光纤激光器的工作温度始终在允许的范围内。

本申请利用填充高相变潜热和高导热率的材料(如PCMs，Phase ChangMaterials)增大激光器结构等效热容的温控方式，同时通过改变材料导热属性或结构属性(材料厚度、形状等)的方式调节激光器的结构热阻实现激光器精密温控的热容式光纤激光器设计技术。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

1.热容式短时大功率光纤激光器，适用于短时高热流密度的光纤激光器散热；

2.热容式短时大功率光纤激光器，适用于地空天等不同布基热阻调节材料5；

3.由于采用热容式散热结构，该类光纤激光器体积紧凑，重量轻，能耗低，结构简单，可靠性和环境适应性很高。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种热容式短时大功率光纤激光器，包括激光器材、平台，其特征在于，还包括大热容装置，大热容装置包括外壳、芯材，芯材置于外壳内部，芯材为石蜡石墨系材料或金属相变储能材料；激光器材安装在大热容装置的第一端，大热容装置的第二端安装在平台上。

2.根据权利要求1所述的一种热容式短时大功率光纤激光器，其特征在于，热容式短时大功率光纤激光器还包括热阻调节材料，热阻调节材料置于激光器材与大热容装置的第一端之间、以及大热容装置的第二端与平台之间。

3.根据权利要求1所述的一种热容式短时大功率光纤激光器，其特征在于，芯材为发泡石墨加碳烷C_nH_2n+2，碳烷C_nH_2n+2为n大于等于12的正碳烷。

4.根据权利要求2所述的一种热容式短时大功率光纤激光器，其特征在于，热阻调节材料包括导热硅脂或铟片。

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