CN217607187U - 一种光纤超快激光脉冲装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光纤超快激光脉冲装置，涉及激光脉冲设备技术的领域，其包括壳体、工作台、激光组件、第一导热组件和通风组件，工作台设置于壳体内，激光组件、第一导热组件设置于工作台上，通风组件设置于壳体上，激光组件包括激光器、分色镜、物镜，激光器、分色镜、物镜设置于工作台上，激光器的出光口、分色镜和物镜的轴线共线，第一导热组件包括均热板，均热板安装在激光器上，壳体的侧壁上开设有通风孔，通风组件包括通风口和与通风口相匹配的排风扇，通风口设置于壳体侧壁的顶部，排风扇安装于通风口内。本申请具有提高设备内的热量传递效率，保持激光器处于合适的工作温度，激光器不会发生震动而降低激光器的加工精度的效果。

Description

一种光纤超快激光脉冲装置

技术领域

本申请涉及激光脉冲设备技术的领域，尤其是涉及一种光纤超快激光脉冲装置。

背景技术

激光技术被认为是人类在智能化社会生存和发展的必不可少的工具之一。激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。现已发现的激光工作物质有几千种，波长范围从软X射线到远红外。脉冲激光器是指单个激光脉冲宽度小于0.25秒、每间隔一定时间才工作一次的激光器，它具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等。随着科学的发展，很多应用技术要求能够获得超短脉冲，即脉宽达到皮秒或飞秒以下量级的光脉冲。

利用高功率皮秒和飞秒激光，可实现对金属、金属碳化物、硅片等工业材料进行高精度加工。与纳秒脉冲相比，飞秒和皮秒脉冲的时间宽度之短，可迅速达到材料的消融临界点所需要的峰值能量密度，并有效地减少激光辐射带来的热效应。虽然相较纳秒激光脉冲，飞秒和皮秒激光脉冲能减少加工时产生的热量，但大功率的光纤激光器将大部分的功率转化为热能，热量的积累使光纤激光器内部光器件工作效率降低，甚至可以造成光器件的过热损毁，直接影响光纤激光器的可靠性。因此，光纤激光器需要进行热量消散，以保证光纤激光器的正常工作。现有的光纤激光器散热方式主要分为风冷和水冷两种。

针对上述中直接安装在光纤激光器内的风冷散热装置的相关技术，风冷散热在进行散热的同时会在激光器内产生震动，使激光器的加工精度降低，且在持续使用高速激光脉冲的过程中产生的大量热量，通过风冷的散热方式难以将设备内堆积的热量转移出设备，这会使激光器长期处于高温环境中，发明人认为存在激光设备内的热量堆积会影响激光设备运行状态的问题。

实用新型内容

为了将激光设备内堆积的热量排出设备，本申请提供一种光纤超快激光脉冲装置。

本申请提供的一种光纤超快激光脉冲装置，采用如下的技术方案：

一种光纤超快激光脉冲装置，包括壳体、工作台、激光组件、第一导热组件和通风组件，所述工作台设置于所述壳体内，所述激光组件、所述第一导热组件设置于所述工作台上，所述通风组件设置于所述壳体上，所述激光组件包括激光器、分色镜、物镜，所述激光器、所述分色镜、所述物镜设置于所述工作台上，所述激光器的出光口、所述分色镜和所述物镜的轴线共线，所述第一导热组件包括均热板，所述均热板安装在所述激光器上，所述壳体的侧壁上开设有通风孔，所述通风组件包括通风口和与所述通风口相匹配的排风扇，所述通风口设置于所述壳体侧壁的顶部，所述排风扇安装于所述通风口内。

通过采用上述技术方案，当光纤超快激光脉冲装置持续工作一段时间后，由于激光在激光器内震荡时，激光的能量不断提升，只有一小部分特定波长的能量可以从激光器内发射出来，剩下的大部分激光反射在激光器内部，从而激光器内的温度不断升高。通过在激光器表面设置的均热板，热量由激光器内部经由热传导进入均热板内，接近激光器的均热板内周围的水会迅速地吸收热量气化成蒸气，带走大量的热能。再利用水蒸气的潜热性，均热板内的蒸汽由均热板的高压区扩散到均热板的低压区。蒸气接触到温度较低的均热板内壁时，由于液体的冷凝作用，水蒸气会迅速地凝结成液体并放出热能。凝结的水靠均热板内部微结构的毛细作用流回均热板接近激光器的一侧，完成一个热量传递的循环过程，形成一个水与水蒸气并存的双相循环系统。因此均热板可以将激光器内的热量迅速排出，从而降低激光器内的温度。激光器将激光发射后，激光照射到分色镜上，由于分色镜在玻璃基板上建立有不同折射率的光学涂层，不同折射率层之间的界面产生相位反射，选择性地加强待使用的特定波长的激光并干扰其他波长的激光。分色镜能使待使用的特定波长的激光通过分色镜，并将其他波长的激光束反射。由于其他波长的光被分色镜反射而不是被吸收，所以与常规滤光片相比，分色镜的产热少得多，因此降低了分色镜产生的热量。经过分色镜的激光穿过物镜，最后照射在待加工的工件上。均热板和分色镜将热量传递到激光装置内，激光装置外部的冷空气从通风孔进入，冷空气与壳体内的均热板和壳体内壁进行热量交换，冷空气吸收热量后温度上升，排风扇通过高速转动将温度上升后的热空气通过壳体上设置的通风口快速排出。由于激光器内没有直接设置风扇，所以激光器不会发生震动而降低激光器的加工精度。

可选的，所述通风孔开设于所述壳体靠近所述激光器的侧壁底部。

通过采用上述技术方案，冷空气通过壳体侧壁底部的通风孔流入后，直接与工作台上的发热量较大的均热板表面接触并及时吸收均热板表面的热量，冷空气吸收热量后温度迅速上升，由于空气的热量传递原理，产生的热气体沿壳体侧壁向上流动，最后由壳体上设置的排风扇排出激光装置。因此可以提高壳体内的热量传递效率。

可选的，所述均热板与所述激光器之间设有导热硅脂。

通过采用上述技术方案，由于导热硅脂有良好的导热系数，比均热板与激光器直接接触的导热效率更高，通过导热硅脂可以将激光器产生的热量更快的传递给均热板，因此可以提高均热板与激光器之间的热量传递效率。

可选的，所述光纤超快激光脉冲装置还包括第二导热组件，所述第二导热组件安装于所述均热板上，所述第二导热组件包括散热底座、热管，所述散热底座与所述均热板连接，所述热管安装在所述散热底座上。

通过采用上述技术方案，散热底座与均热板紧密贴合，散热底座的导热性远强于空气，散热底座可以将均热板的热量迅速传递给散热底座的热管。通过热管内的快速循环系统，与散热底座连接的热管一端吸收热量，热管内的水迅速气化，并通过内部的腔体流动至温度相对较低的另一端。水蒸气遇冷液化并放出热量，因此热管可以将热量从热管与均热板接触的一端传递至热管的另一端，完成热量的传递效果。在此过程中，相较均热板与空气直接接触，热管与空气的接触面积更大，热量传递效率更高。

可选的，所述第二导热组件还包括导热片，所述导热片设置于所述散热底座与所述均热板之间。

通过采用上述技术方案，导热片相较散热底座与均热板直触有更好的导热系数，均热板上的热量可以更快的传递给散热底座内的热管，因此导热片能提高散热底座与均热板之间的导热效率。

可选的，所述第二导热组件还包括散热鳍片，所述散热鳍片与所述热管连接。

通过采用上述技术方案，通过在热管上设置的散热鳍片，可以极大的提升热管与空气的接触面积，热管内的热量能快速的通过散热鳍片传递到附近的空气中，热管一端的温度迅速降低，热管两端可以保持稳定的温差，热管另一端的热量能以更高效率的在热管内传递，从而提升了热管的导热效率。

可选的，所述散热鳍片的设置方向与地面垂直。

通过采用上述技术方案，冷空气吸收热量后温度上升，由于气体的热传递原理，温度上升后的气体会沿竖直方向向上流动，由于散热鳍片之间的空气流动方向与壳体内空气流动的方向一致，散热鳍片传递到附近空气中的热量不会停留在散热鳍片之间，热量能通过壳体内流通的空气迅速排出激光装置，因此进一步提升了散热鳍片的传热效率。

可选的，所述第二导热组件还包括导热风扇，所述导热风扇安装在所述壳体内。

通过采用上述技术方案，导热风扇通过转动可以带动散热鳍片周围的空气流动，增加了散热鳍片之间空气的流通速率，散热鳍片之间的热空气能迅速流出，并且从通风孔内进入的冷空气能迅速与散热鳍片接触，从而提高了散热鳍片与空气的热量交换速率，因此可以更快的将热管内的热量排出。

可选的，所述激光器下部的所述工作台上开设有若干散热孔，所述导热风扇水平设置于所述激光器的正下方。

通过采用上述技术方案，由通风孔进入的冷空气，通过导热风扇加速流经散热孔并通过散热鳍片。导热风扇吹动的大部分冷空气可以通过散热孔流向散热鳍片而不会被工作台阻挡，在很大程度上增大了流经散热鳍片的冷空气的风量。由于散热鳍片的方向与导热风扇吹动的冷空气的流动方向一致，散热鳍片的截面非常小，因此冷空气在流动过程中收到的阻力也很小，冷空气在散热鳍片间的流动效率也大幅提升，散热鳍片间的热量传递速率也会进一步提升。

可选的，所述通风组件还包括过滤网，所述过滤网设置于所述通风孔一侧的壳体上。

通过采用上述技术方案，过滤网可以将由通风孔进入的空气中的杂质过滤掉，避免杂质进入激光装置内对激光装置的工作状态产生影响。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过第一导热组件和通风组件可以极大提高壳体内的热量传递效率，从而保持激光器和激光装置一直处于合适的工作温度，由于激光器内没有直接设置风扇，所以激光器不会发生震动而降低激光器的加工精度；

通过在均热板与激光器之间涂抹导热硅脂，可以极大提升均热板和激光器的导热效率；

通过导热风扇、导热片、热管和散热鳍片的配合，可以将均热板内排出的热量更快的排出到壳体内，并通过通风组件迅速排出壳体；

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图；

图2是本实施例图1中A处的局部放大示意图；

图3是本实施例通风组件、第二导热组件的结构示意图；

图4是本实施例图3中B处的局部放大示意图；

图5是本实施例图3中C处的局部放大示意图。

附图标记说明：1、壳体；11、通风孔；2、工作台；21、散热孔；3、激光组件；31、激光器；32、分色镜；33、物镜；4、第一导热组件；41、均热板； 5、通风组件；51、排风扇；52、通风口；53、过滤网；6、第二导热组件；61、散热底座；62、热管；63、导热片；64散热鳍片；65、导热风扇。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种光纤超快激光脉冲装置。参照图1，光纤超快激光脉冲装置包括壳体1、工作台2、激光组件3、第一导热组件4、通风组件5和第二导热组件6。工作台2设置于壳体1内，激光组件3、第一导热组件4设置于工作台2上，通风组件5设置于壳体1上，第二导热组件6设置于壳体1内。激光组件3产生的热量可以通过第一导热组件4、第二导热组件6和通风组件5迅速排出激光装置。

激光组件3包括激光器31、分色镜32、物镜33，激光器31、分色镜32、物镜33设置于工作台2上，激光器31的出光口、分色镜32和物镜33的轴线共线。壳体1靠近激光器31的侧壁底部开设有通风孔11，冷空气可以通过通风孔11进入壳体1内部。

激光在激光器31内震荡时，激光的能量不断提升，只有一小部分特定波长的能量可以从激光器31内发射出来，剩下的大部分激光反射在激光器31内部，从而激光器31内的温度不断升高。激光器31将激光发射后，激光照射到分色镜32上，由于分色镜32在玻璃基板上建立有不同折射率的光学涂层，不同折射率层之间的界面产生相位反射，选择性地加强待使用的特定波长的激光并干扰其他波长的激光。分色镜32能使待使用的特定波长的激光通过分色镜32，并将其他波长的激光束反射。经过分色镜32的激光穿过物镜33，最后照射在待加工的工件上。

参照图2，第一导热组件4包括均热板41。均热板41与激光器31通过螺栓固定，均热板41与激光器31之间涂布有导热硅脂。由于导热硅脂有良好的导热系数，比均热板41与激光器31直接接触的导热效率更高，通过导热硅脂可以将激光器31产生的热量更快的传递给均热板41，因此可以提高均热板41与激光器31之间的热量传递效率。

热量由激光器31内部经由热传导进入均热板41内，接近激光器31的均热板41内周围的水会迅速地吸收热量气化成蒸气，带走大量的热能。再利用水蒸气的潜热性，均热板41板内的蒸汽由均热板41的高压区扩散到均热板41的低压区。蒸气接触到温度较低的均热板41内壁时，由于液体的冷凝作用，水蒸气会迅速地凝结成液体并放出热能。凝结的水靠均热板41内部微结构的毛细作用流回均热板41接近激光器31的一侧，完成一个热量传递的循环过程，形成一个水与水蒸气并存的双相循环系统。因此均热板41可以将激光器31内的热量迅速排出，从而降低激光器31内的温度。

参照图3和图4，通风组件5包括通风口52、与通风口52相匹配的排风扇51和过滤网53。通风口52开设于壳体1侧壁的顶部，排风扇51安装于通风口52内，过滤网53设置于通风孔11一侧的壳体1上。激光器31正下方的工作台2上开设有若干散热孔21。

冷空气从壳体1底部的通风孔11进入壳体1后，冷空气吸收壳体1内的热量后温度上升，由于空气的热量传递原理，热气体沿壳体1侧壁向上流动，排风扇51通过转动可以将上升的热气体从通风口52排出。过滤网53可以将由通风孔11进入的空气中的杂质过滤掉，避免杂质进入激光装置内对激光装置的工作状态产生影响。

参照图3和图5，第二导热组件6包括散热底座61、热管62、导热片63、散热鳍片64和导热风扇65。散热底座61与均热板41通过螺栓连接，散热底座61与均热板41之间设置有导热片63，热管62安装于散热底座61上，散热鳍片64焊接在热管62上，热管62的方向与散热鳍片64的设置方向垂直，导热风扇65水平安装于壳体1的底部，导热风扇65的设置方向与散热鳍片64的设置方向垂直。

散热底座61与均热板41紧密贴合，散热底座61的导热性远强于空气，散热底座61可以将均热板41的热量迅速传递给散热底座61的热管62。热管62的工作原理与均热板41相似，通过热管62内的双相循环系统，与散热底座61连接的热管62一端吸收热量，热管62内的水迅速气化，并通过内部的腔体流动至温度相对较低的另一端。水蒸气遇冷液化并放出热量，因此热管62可以将热量从热管62与均热板41接触的一端传递至热管62的另一端，完成热量的传递效果。在此过程中，相较均热板41与空气直接接触，热管62与空气的接触面积更大，热量传递效率更高。

导热片63相较散热底座61与均热板41直触有更好的导热系数，均热板41上的热量可以更快的传递给散热底座61内的热管62，因此导热片63能提高散热底座61与均热板41之间的导热效率。

通过在热管62上设置的散热鳍片64，可以极大的提升热管62与空气的接触面积，热管62内的热量能快速的通过散热鳍片64传递到附近的空气中，热管62一端的温度迅速降低，热管62两端可以保持稳定的温差，热管62另一端的热量能以更高效率的在热管62内传递，从而提升了热管62的导热效率。由于散热鳍片64之间的空气流动方向与壳体1内空气流动的方向一致，散热鳍片64传递到附近空气中的热量不会停留在散热鳍片64之间，热量能通过壳体1内流通的空气迅速排出激光装置，因此进一步提升了散热鳍片64的传热效率。

导热风扇65通过转动可以带动散热鳍片64周围的空气流动，增加了散热鳍片64之间空气的流通速率，散热鳍片64之间的热空气能迅速流出，并且从通风孔11内进入的冷空气能迅速与散热鳍片64接触，从而提高了散热鳍片64与空气的热量交换速率，因此可以更快的将热管62内的热量排出。由通风孔11进入的冷空气，通过导热风扇65加速流经散热孔21并通过散热鳍片64。导热风扇65吹动的大部分冷空气可以通过散热孔21流向散热鳍片64而不会被工作台2阻挡，在很大程度上增大了流经散热鳍片64的冷空气的风量。由于散热鳍片64的方向与冷空气的流动方向一致，散热鳍片64的截面非常小，因此冷空气在流动过程中收到的阻力也很小，冷空气在散热鳍片64间的流动效率也大幅提升，散热鳍片64间的热量传递速率也会进一步提升。

本申请实施例一种光纤超快激光脉冲装置的实施原理为：当激光装置长时间对工件进行加工时，激光器31内的激光由于不断的震荡产生很多热量，只有一小部分特定波长的激光会通过通过激光器31的出光口，经由分色镜32和物镜33，最终照射到加工的工件上。剩下的其他波长的激光会不断在激光器31内发生震荡而产生很多热量。

激光器31内的热量经过激光器31的外壳，并通过导热硅脂传递至均热板41与激光器31接触的侧壁，均热板41内的水分吸收热量蒸发并向其他低温区域扩散流动，当水蒸气接触其他温度较低的均热板41内壁时，由于液体的冷凝作用，水蒸气会迅速凝结后才能液体并放出热能。凝结的水靠均热板41内部微结构的毛细作用流回均热板41靠近激光器31的一侧，完成一个热量传递的循环过程，型号才能给一个水与水蒸气并存的双相循环系统。因此均热板41可以将激光器31内的热量迅速排出，从而降低激光器31内的温度。

均热板41上的热量通过导热片63向散热底座61扩散，热管62内的水分吸收散热底座61传递的热量而蒸发，蒸气通过热管62内的结构向其他低温区域流动。通过液体的冷凝作用，蒸气与其他低温区域接触凝结成水并放出热量，从而将热量从散热底座61传递至热管62的其他低温区域。由于热管62上焊接有散热鳍片64，极大的增加了热管62与空气接触的面积，热管62内的热量能快速的通过散热鳍片64传递到附近的空气中，热管62一端的温度迅速降低，热管62两端可以保持稳定的温差，热管62另一端的热量能以更高效率的在热管62内传递，从而提升了热管62的导热效率。

分色镜32能使待使用的特定波长的激光通过分色镜32，并将其他波长的激光束反射。由于其他波长的光被分色镜32反射而不是被吸收，所以与常规滤光片相比，分色镜32的产热少得多，因此降低了分色镜32产生的热量。

散热鳍片64和分色镜32将热量传递到激光装置内，激光装置外部的冷空气从通风孔11进入，空气中的杂质被通风孔11处设置的过滤网53过滤，避免空气中的杂质进入壳体1内部对激光装置的正常工作产生影响。冷空气经由壳体1底部设置的导热风扇65加速，流经散热孔21并迅速通过散热鳍片64，散热鳍片64与冷空气进行热量传递，冷空气吸收热量后温度上升，排风扇51通过高速转动带动热空气向壳体1顶部快速流动。排风扇51通过高速转动不断的将散热鳍片64和分色镜32散发到箱体内的热量排出，冷空气持续从通风孔11进入，不会造成壳体1内的热量堆积，从而使壳体1内的温度保持在合适的范围。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：包括壳体（1）、工作台（2）、激光组件（3）、第一导热组件（4）和通风组件（5），所述工作台（2）设置于所述壳体（1）内，所述激光组件（3）、所述第一导热组件（4）设置于所述工作台（2）上，所述通风组件（5）设置于所述壳体（1）上，所述激光组件（3）包括激光器（31）、分色镜（32）、物镜（33），所述激光器（31）、所述分色镜（32）、所述物镜（33）设置于所述工作台（2）上，所述激光器（31）的出光口、所述分色镜（32）和所述物镜（33）的轴线共线，所述第一导热组件（4）包括均热板（41），所述均热板（41）安装在所述激光器（31）上，所述壳体（1）的侧壁上开设有通风孔（11），所述通风组件（5）包括通风口（52）和与所述通风口（52）相匹配的排风扇（51），所述通风口（52）设置于所述壳体（1）侧壁的顶部，所述排风扇（51）安装于所述通风口（52）内。

2.根据权利要求1所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述通风孔（11）开设于所述壳体（1）靠近所述激光器（31）的侧壁底部。

3.根据权利要求1所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述均热板（41）与所述激光器（31）之间涂布有导热硅脂。

4.根据权利要求1所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：还包括第二导热组件（6），所述第二导热组件（6）安装于所述均热板（41）上，所述第二导热组件（6）包括散热底座（61）、热管（62），所述散热底座（61）与所述均热板（41）连接，所述热管（62）安装在所述散热底座（61）上。

5.根据权利要求4所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述第二导热组件（6）还包括导热片（63），所述导热片（63）设置于所述散热底座（61）与所述均热板（41）之间。

6.根据权利要求4所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述第二导热组件（6）还包括散热鳍片（64），所述散热鳍片（64）与所述热管（62）连接。

7.根据权利要求6所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述散热鳍片（64）的设置方向与地面垂直。

8.根据权利要求6所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述第二导热组件（6）还包括导热风扇（65），所述导热风扇（65）安装在所述壳体（1）内。

9.根据权利要求8所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述激光器（31）下部的所述工作台（2）上开设有若干散热孔（21），所述导热风扇（65）水平设置于所述激光器（31）的正下方。

10.根据权利要求1所述的光纤超快激光脉冲装置，其特征在于：所述通风组件（5）还包括过滤网（53），所述过滤网（53）设置于所述通风孔（11）一侧的壳体（1）上。

Images