CN220628476U - 一种光纤激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种光纤激光器，包括：光纤合束器、冷却板，冷却板的内部设置有用于供冷却液循环流通的至少一个水道，光纤合束器设置于水道的上方，光纤合束器的输出端向外侧延伸并形成一斜坡状结构，使得光纤合束器中的输出光纤能够与所述斜坡状结构相贴。本实用新型优化了光纤合束器的结构及安装位置，在保证光纤合束器散热需求的基础上，无需开设安装槽，就可以将光纤合束器平行或者垂直地安装在冷却板内部的水道的上方，由于光纤合束器与水道异面，因此使得光纤合束器能够安装到冷却板上的合适位置而不受水道位置的干涉与限制。由此既减小了合束器的尺寸，又实现了光纤激光器整体尺寸最小的技术效果。

Description

一种光纤激光器

技术领域

本申请涉及激光器技术领域，具体涉及一种光纤激光器。

背景技术

光纤激光器(Fiber Lasers)是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，其在泵浦光的作用下使激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，产生相干激光光束。而光纤合束器是光纤激光器的重要组成器件，是一种将多个光纤束进行合束的装置。现有技术中，通常采用连通循环冷却水的方式来实现大功率光纤激光器中的合束器、泵浦源等相关器件的冷却降温。

由于光纤合束器的散热要求较高，现有方案一般都会在冷却板上开槽，并将合束器安装在靠近冷却水道的槽里，由此来实现合束器以及输出光纤的降温。然而，现有合束器安装槽的开设位置会受到水道位置的限制。在现有的一种技术方案中，为了保证水道壁有足够的强度能承受水压并且不被水中杂质腐蚀，其要求合束器安装槽离水道的最小距离为3mm，这样一来就导致了合束器的安装位置和方向受限，又由于上述设计中的合束器安装槽需设置在两个水道之间(不能与水道相交)，由此相应地增加了冷却板的尺寸，进而导致了光纤激光器尺寸的增加。

实用新型内容

针对上述问题，本申请公开了一种光纤激光器，以达到将光纤合束器安装到冷却板上的合适位置而不受水道位置的限制、减小光纤合束器尺寸，进而使得光纤激光器整体尺寸最小的技术效果。

为达到上述目的，本申请提供了一种光纤激光器，包括：光纤合束器、冷却板，

所述冷却板的内部设置有用于供冷却液循环流通的至少一个水道，所述光纤合束器设置于所述水道的上方，所述光纤合束器的输出端向外侧延伸并形成一斜坡状结构，使得所述光纤合束器中的输出光纤能够与所述斜坡状结构相贴。

进一步地，将所述光纤合束器安装在所述冷却板的第一表面，并且使得所述光纤合束器的长度延伸方向与所述水道的长度延伸方向垂直，其中所述水道的长度延伸方向与所述冷却板的X轴方向相同。

进一步地，将所述光纤合束器安装在所述冷却板的第一表面，并且使得所述光纤合束器的长度延伸方向与所述水道的长度延伸方向平行，其中所述水道的长度延伸方向与所述冷却板的X轴方向相同。

进一步地，所述光纤合束器的底部表面与所述冷却板的第一表面之间涂覆有导热硅脂。

进一步地，所述光纤合束器至少包括：由底座和上盖组成的合束器壳体、以及设置于所述合束器壳体内部的蓝宝石块，

将所述合束器壳体、所述蓝宝石块均减薄至预设厚度，以使所述光纤合束器的尺寸最小。

进一步地，所述光纤合束器的输出端的顶面与所述冷却板的第一表面之间的距离不超过1.8mm，并且所述斜坡状结构的顶面与所述冷却板的第一表面之间的最小距离为0.5mm。

进一步地，所述光纤合束器的总高度不超过7.6mm，所述光纤合束器的总长度不超过165mm，所述光纤合束器的总宽度不超过14mm。

进一步地，所述光纤激光器包括：泵浦源，

所述泵浦源设置在所述冷却板的第二表面，其中所述第二表面为所述冷却板的第一表面的相反面；

所述泵浦源中的尾纤通过所述冷却板上的通槽，由所述冷却板的第二表面绕至第一表面，并接入所述光纤合束器的输入端进行熔接。

进一步地，所述光纤激光器还包括：有源光纤、无源光纤、高反光栅、低反光栅、CPS光纤包层功率剥离器、QBH激光输出器件，

所述有源光纤、所述无源光纤、所述高反光栅、所述低反光栅、所述CPS光纤包层功率剥离器均设置在所述冷却板的第一表面，

所述QBH激光输出器件设置在所述光纤激光器的外部，且所述CPS光纤包层功率剥离器通过所述无源光纤与所述QBH激光输出器件连接。

进一步地，所述光纤激光器还包括：设置在所述冷却板的第二表面上的驱动板和驱动电源，

将所述冷却板内部的水道配置为多条均匀分流的支流道，以实现所述冷却板的第一表面上的光纤合束器、有源光纤、无源光纤、高反光栅、低反光栅、CPS光纤包层功率剥离器，以及所述冷却板的第二表面上的泵浦源、驱动板、驱动电源中的任意一种或多种器件的散热。

本申请的优点及有益效果是：提出了一种光纤激光器，包括：光纤合束器、冷却板，所述冷却板的内部设置有用于供冷却液循环流通的至少一个水道，所述光纤合束器设置于所述水道的上方，所述光纤合束器的输出端向外侧延伸并形成一斜坡状结构，使得所述光纤合束器中的输出光纤能够与所述斜坡状结构相贴。本申请优化了光纤合束器的结构及安装位置，在保证光纤合束器散热需求的基础上，无需开设安装槽就可以将所述光纤合束器平行或者垂直地安装在冷却板内部布置的水道的上方，由于所述合束器与水道处于异面位置，因此光纤合束器能够安装到冷却板上的任意合适位置，而不受水道位置的干涉与限制，由此，既减小了光纤合束器的尺寸，又实现了光纤激光器整体尺寸最小的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为一种光纤激光器的冷却板光学面的结构示意图；

图2为本申请一个实施例中的光纤合束器与水道垂直安装的示意图；

图3为本申请一个实施例中的光纤合束器与水道平行安装的示意图；

图4为本申请一个实施例中的光纤合束器的结构示意图。

图中：101、常规冷却板；102、常规合束器；103、合束器安装槽；104、低反光栅槽；105、高反光栅槽；106、有源光纤；107、无源光纤；108、CPS光纤包层功率剥离器；109、常规熔点槽；110、QBH激光输出器件；111、QBH铠缆；112、控制盒；

201、冷却板；202、光纤合束器；203、输入端光纤；204、输出端光纤；205、光栅槽一；206、光栅槽二；207、CPS安装槽；208、熔点槽；209、螺钉；2021、输出端底部；2022、斜坡状结构；

A表示合束器安装槽的局部放大区域；B表示光纤合束器输出端的局部放大区域；①→②→③→④→⑤→⑥→⑦表示光纤的路径走向。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例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。

相关技术方案中，参照图1所示的一种光纤激光器，可以看出，在该种光纤激光器中，常规冷却板101的光学面上设置有合束器安装槽103，且将常规合束器102安装在靠近冷却水道的所述合束器安装槽103中以实现降温；同时在所述光学面上还设置有低反光栅槽104、高反光栅槽105、有源光纤106、无源光纤107、CPS光纤包层功率剥离器108、常规熔点槽109、控制盒112等，所述QBH激光输出器件110设置在该激光器的外部。

此种情况下，激光可以从低反光栅输出，通过无源光纤107连接到CPS光纤包层功率剥离器108(CPS，Cladding Power Stripper，光纤包层功率剥离器)，之后再通过无源光纤107连接到激光器外部的QBH激光输出器件110，所述QBH激光输出器件110(QBH，QuartzBlock Head，一种光纤输出接头)的连接处还设置了QBH铠缆111(金属铠缆)，以实现对外部无源光纤的保护。由此就形成了由高反光栅-有源光纤-低反光栅等组成的激光震荡腔。同时可以将泵浦源安装在冷却板的另一面(图中未示出)，泵浦源上的输出尾纤可以通过冷却板上的通槽从冷却板的光学面绕至另一面并与合束器熔接，由此即可形成图1中所示的①→②→③→④→⑤→⑥→⑦的光纤走向。

而如前所述，合束器安装槽的开设位置会受到水道位置的限制，进而导致合束器和光纤激光器尺寸的增加，基于此，本申请公开了一种光纤激光器，以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，提出了一种光纤激光器，包括：冷却板201、光纤合束器202，所述冷却板201的内部设置有用于供冷却液循环流通的至少一个水道。为了简洁，图中未对水道进行标注，可以理解，双层虚线框代表水道，水道中的箭头代表冷却液的流通方向。

可以理解，由于合束器在将多束光合束成单束光时会损失部分光并将其转化为热，导致合束器的光纤出口处温度较高。因此，在本实施例中，将所述光纤合束器202设置于所述水道的上方，且所述光纤合束器202的输出端能够向外侧延伸并形成一斜坡状结构2022，以此满足合束器及其输出端光纤的散热需求。

具体地，结合图2、图3和图4可以看出，所述光纤合束器202的两端分别连接输入端光纤203和输出端光纤204，所述光纤合束器202的输出端底部2021可以向外侧延伸形成一斜坡状结构2022，使得所述光纤合束器中的输出光纤(输出端光纤204)能够与所述斜坡状结构2022相贴合，如此设计使得输出端光纤距离冷却板表面更为接近，进而保证了较好的散热效果。此外，在本实施例中，所述光纤合束器202可以通过螺钉209安装在所述冷却板201上。

值得说明的是，为了简洁，本申请附图中仅示出了一个光纤合束器，该光纤合束器可以作为正向合束器(与高反光栅连接)，也可以作为反向合束器(与低反光栅连接)；此外，多模合束激光器还需要设置信号合束器，在此不做赘述；上述斜坡状结构可以设置为梯形斜坡等形状，当然，以上关于光纤合束器的形状、数量、尺寸及其安装位置关系、连接方式等内容仅是为了便于理解和简化描述，不能视为对本申请的限制。

进一步地，本申请示出了光纤合束器在光纤激光器中的两种安装位置。

在本申请的一个实施例中，光纤合束器与水道垂直安装。如图2所示，将所述光纤合束器202安装在所述冷却板201的第一表面，并且使得所述光纤合束器202的长度延伸方向与所述水道的长度延伸方向垂直，其中所述水道的长度延伸方向与所述冷却板的X轴方向相同。这样的设计使得光纤合束器的安装位置不受水道位置的限制，既保证了水道的水压承受力，又能达到良好的散热效果。

与上述实施例不同的是，在本申请的另外一个实施例中，光纤合束器与水道平行(并行)安装。如图3所示，将所述光纤合束器202安装在所述冷却板201的第一表面，并且使得所述光纤合束器202的长度延伸方向与所述水道的长度延伸方向平行，其中所述水道的长度延伸方向与所述冷却板的X轴方向相同。

由上可知，本申请所述技术方案在保证散热需求的前提下，无需将光纤合束器下沉到冷却板的安装槽里，就可以实现光纤合束器与水道之间的平行安装或者垂直安装，由于光纤合束器和冷却板内部的水道是处于异面且立体设置，因此，二者之间的布置互不影响，进而使得光纤合束器能够安装到冷却板表面的任意合适位置而不受水道的限制，由此既减小了冷却板的尺寸，又实现了光纤激光器整体尺寸最小的技术效果。

需要说明的是，以上两种平行或者垂直安装的方案仅为示范性描述，不能理解为对本申请的限制，本领域相关技术人员可以结合其他元器件的布置情况，将合束器与水道相对位置设计为呈一定角度，当存在多个光纤合束器时，也可以将其位置关系设计为以上各种方案的结合。

可以理解，在本申请实施例中，所述冷却板的第一表面即为光学面，冷却板的第二表面为所述第一表面的相反面并用于安装泵浦源、驱动板、驱动电源等元器件，此处的第一表面和第二表面，应当理解为冷却板整体的上下两个外部表面，而非是冷却板夹层中的内部表面；同时可以定义所述冷却板的长度延伸方向或者进水方向为所述冷却板的X轴方向。

优选地，在本申请的一个实施例中，所述光纤合束器202的底部表面与所述冷却板201的第一表面之间涂覆有导热硅脂，这样的设计可以保证合束器出口处及输出端光纤具有更好的散热效果。

进一步地，在本申请的实施例中，所述光纤合束器至少包括：由底座和上盖组成的合束器壳体、以及设置于所述合束器壳体内部的蓝宝石块(图中未示出，蓝宝石块的主要作用是保护光纤束和吸收杂散光)，将所述合束器壳体、所述蓝宝石块均减薄至预设厚度，以使所述光纤合束器的尺寸最小。

优选地，可以将合束器底部的底座壳体减薄2.2mm，减薄后的壳体厚度为7.6mm；将合束器内部蓝宝石块的厚度减薄0.35mm，减薄后的蓝宝石块的厚度为1mm；将合束器壳体(铝制材料)的厚度减薄2.2mm减薄后的铝制壳体的厚度为0.8mm。

进一步地，所述光纤合束器202的输出端的顶面(输出端底部2021的上表面)与所述冷却板的第一表面之间的距离不超过1.8mm，所述斜坡状结构2022的延伸长度为15mm，并且所述斜坡状结构2022的顶面与所述冷却板的第一表面之间的最小距离为0.5mm。

所述光纤合束器的总高度不超过7.6mm，所述光纤合束器的总长度不超过165mm，所述光纤合束器的总宽度不超过14mm。可见，这样的设计不仅保证了光纤合束器及输出光纤的良好散热，而且还减小了光纤合束器的尺寸。当然，以上尺寸不能视为对本申请的限制。

进一步地，在本申请实施例中，结合图1-3所示，所述光纤激光器还包括：有源光纤、无源光纤(包括输入端光纤203和输出端光纤204等)、光栅槽一205(如低反光栅槽)、光栅槽二206(如高反光栅槽)、CPS安装槽207、CPS光纤包层功率剥离器、熔点槽208、QBH激光输出器件等。

同时，所述有源光纤、所述无源光纤、所述高反光栅、所述低反光栅、所述CPS光纤包层功率剥离器均设置在所述冷却板的第一表面，所述QBH激光输出器件设置在所述光纤激光器的外部，且所述CPS光纤包层功率剥离器通过所述无源光纤与所述QBH激光输出器件连接。

值得说明的是，为了简洁，图2和图3中未示出有源光纤、CPS光纤包层功率剥离器、QBH激光输出器件等部分元器件，可以理解，上述元器件的安装位置可参考图1或者由本领域相关技术人员结合具体场景自行布置。

进一步地，在本申请实施例中，所述冷却板不仅包括第一表面(光学面)，而且还包括与光学面相反的第二表面，第二表面可用于安装其他相关元器件。

具体地，所述光纤激光器包括：泵浦源(图中未示出)，所述泵浦源设置在所述冷却板的第二表面，其中所述第二表面为所述冷却板的第一表面的相反面；所述泵浦源中的尾纤通过所述冷却板上的通槽，由所述冷却板的第二表面绕至第一表面，并接入所述光纤合束器的输入端进行熔接。进一步地，所述光纤激光器还包括：设置在所述冷却板的第二表面上的驱动板和驱动电源(图中未示出)。

由于本实施例中所述冷却板内部夹层中设置有水道，所述水道可以配置为多条均匀分流的支流道(可参照图2和图3)，进而能够实现所述冷却板第一表面上的光纤合束器、有源光纤、无源光纤、高反光栅、低反光栅、CPS光纤包层功率剥离器，以及所述冷却板第二表面上的泵浦源、驱动板、驱动电源中的任意一种或多种器件的散热。由此可见，本申请实施例在保证冷却板上双面器件散热效果的同时，还优化了所述冷却板的第一表面和第二表面的安装空间，以使得光纤激光器体积最小化。

综上所述，本实施例提出了一种光纤激光器，包括：光纤合束器、冷却板，所述冷却板的内部设置有用于供冷却液循环流通的至少一个水道，所述光纤合束器设置于所述水道的上方，所述光纤合束器的输出端向外侧延伸并形成一斜坡状结构，使得所述光纤合束器中的输出光纤能够与所述斜坡状结构相贴。本申请优化了光纤合束器的结构及安装位置，在保证光纤合束器散热需求的基础上，无需开槽，即可将所述光纤合束器平行或者垂直地安装在冷却板内部布置的水道的上方，由于所述合束器与水道异面设置，因此光纤合束器能够安装到冷却板上的合适位置而不受水道位置的干涉与限制，由此既减小了光纤合束器的尺寸，又实现了光纤激光器整体尺寸最小的技术效果。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光纤激光器，其特征在于，包括：光纤合束器、冷却板，

所述冷却板的内部设置有用于供冷却液循环流通的至少一个水道，所述光纤合束器设置于所述水道的上方，所述光纤合束器的输出端向外侧延伸并形成一斜坡状结构，使得所述光纤合束器中的输出光纤能够与所述斜坡状结构相贴。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，将所述光纤合束器安装在所述冷却板的第一表面，并且使得所述光纤合束器的长度延伸方向与所述水道的长度延伸方向垂直，其中所述水道的长度延伸方向与所述冷却板的X轴方向相同。

3.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，将所述光纤合束器安装在所述冷却板的第一表面，并且使得所述光纤合束器的长度延伸方向与所述水道的长度延伸方向平行，其中所述水道的长度延伸方向与所述冷却板的X轴方向相同。

4.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤合束器的底部表面与所述冷却板的第一表面之间涂覆有导热硅脂。

5.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤合束器至少包括：由底座和上盖组成的合束器壳体、以及设置于所述合束器壳体内部的蓝宝石块，

将所述合束器壳体、所述蓝宝石块均减薄至预设厚度，以使所述光纤合束器的尺寸最小。

6.根据权利要求5所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤合束器的输出端的顶面与所述冷却板的第一表面之间的距离不超过1.8mm，并且所述斜坡状结构的顶面与所述冷却板的第一表面之间的最小距离为0.5mm。

7.根据权利要求5所述的光纤激光器，其特征在于，所述光纤合束器的总高度不超过7.6mm，所述光纤合束器的总长度不超过165mm，所述光纤合束器的总宽度不超过14mm。

8.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦源，

所述泵浦源设置在所述冷却板的第二表面，其中所述第二表面为所述冷却板的第一表面的相反面；

所述泵浦源中的尾纤通过所述冷却板上的通槽，由所述冷却板的第二表面绕至第一表面，并接入所述光纤合束器的输入端进行熔接。

9.根据权利要求8所述的光纤激光器，其特征在于，还包括：有源光纤、无源光纤、高反光栅、低反光栅、CPS光纤包层功率剥离器、QBH激光输出器件，

所述有源光纤、所述无源光纤、所述高反光栅、所述低反光栅、所述CPS光纤包层功率剥离器均设置在所述冷却板的第一表面，

所述QBH激光输出器件设置在所述光纤激光器的外部，且所述CPS光纤包层功率剥离器通过所述无源光纤与所述QBH激光输出器件连接。

10.根据权利要求9所述的光纤激光器，其特征在于，还包括：设置在所述冷却板的第二表面上的驱动板和驱动电源，

将所述冷却板内部的水道配置为多条均匀分流的支流道，以实现所述冷却板的第一表面上的光纤合束器、有源光纤、无源光纤、高反光栅、低反光栅、CPS光纤包层功率剥离器，以及所述冷却板的第二表面上的泵浦源、驱动板、驱动电源中的任意一种或多种器件的散热。