[发明专利]一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置

说明书

技术领域

本发明是一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，属于激光领域，尤其涉及光纤激光技术中的光纤冷却技术领域。

背景技术

高功率光纤激光器具有转换效率高，光束质量好，热管理方便、结构紧凑等优点而广泛应用于工业加工、切割、打标、焊接等领域。高功率光纤激光器依靠电能产生高亮度聚焦的激光光束，但在此过程中产生大量的热量。虽然光纤激光器具有较大的表面积和体积比，在低功率状态下可有效散热，但随着泵浦功率的不断提升，特别是对于掺Yb³⁺双包层光纤激光器，如果掺杂光纤的温度升高，将增加激光下能级的热粒子数，从而导致激光器阈值功率提高和斜率效率下降。此外高能单纤激光器系统中存在较多的光纤熔接点，由于熔融工艺等原因，导致在熔接点处有较大的功率损耗，在熔接端面附近产生热集中区，严重影响整个系统的稳定性。因此有必要对高功率光纤激光器的光纤进行冷却保护。

常规的制冷措施是将光纤放入冷却热沉的光纤槽中，并在光纤四周涂覆具有较高导热系数的导热硅脂。这种冷却装置的缺陷是，受限于导热硅脂的固有属性，其导热系数通常较低，远远低于常规金属的导热系数，导致不能将从光纤表面吸收的热量及时导出，并且其热容量不高，不能有效存储过多热量，导致系统热负荷整体处于较高水平，严重制约光纤激光器向更高功率发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决技术背景中存在的问题，提出一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置。

一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，包括冷却热沉1，在冷却热沉1上设有光纤槽12，将除去了涂敷层的增益光纤13固定在光纤槽12中，其特征在于，在光纤槽12内的增益光纤13四周填充有相变材料14，相变材料14将光纤槽12中的增益光纤13完全包裹在中间；在冷却热沉1内有冷却水道11，冷却水道11在光纤槽12的下方。

相变材料14是由石蜡与石墨按任意比例组成的复合材料，或是全精炼石蜡、十四醇、硬脂酸具有相变特性的有机材料，或由硬脂酸与金属粉末按任意比例组成的复合材料。

所述冷却热沉1的冷却水道11的横截面是圆形、矩形或椭圆形的，光纤槽12的横截面是U型槽、V型槽、矩型槽的凹槽。

所述的一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的固态金属或固态合金。

其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的包括无氧铜、铝或铝合金。

本发明的有益效果除了具有常规光纤冷却热沉的功能之外，具有防温度突变、承受更高功率的优点。该装置提高光纤激光器系统高功率承受能力，降低了温度突变风险，保证系统可靠性。

附图说明

图1为基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置的俯视图；

图2为图1的A-A剖视图；

具体实施方式

一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，包括冷却热沉1，在冷却热沉1上设有光纤槽12，将除去了涂敷层的增益光纤13固定在光纤槽12中，其特征在于，在光纤槽12内的增益光纤13四周填充有相变材料14，相变材料14将光纤槽12中的增益光纤13完全包裹在中间；在冷却热沉1内有冷却水道11，冷却水道11在光纤槽12的下方。

相变材料14是由石蜡与石墨按任意比例组成的复合材料，或是全精炼石蜡、十四醇、硬脂酸具有相变特性的有机材料，或由硬脂酸与金属粉末按任意比例组成的复合材料。

所述冷却热沉1的冷却水道11的横截面是圆形、矩形或椭圆形的，光纤槽12的横截面是U型槽、V型槽、矩型槽的凹槽。

所述的一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的固态金属或固态合金。

其中所述冷却热沉1的材料是高热导率的包括无氧铜、铝或铝合金。

本发明公开一种基于相变冷却的光纤激光器的光纤冷却装置，其特征在于通过冷却热沉光纤槽中的相变材料由固态转变为液态时的相变潜热迅速吸收由光纤释放出的热量，并通过循环水道将热量导出，有效保证光纤散热。其结构包括：

一冷却热沉1，其结构如图1所示，图2为其A-A剖视图；

冷却热沉1，其为光纤激光器的光纤冷却装置，其结构包含有一冷却水道11、一光纤槽12。

冷却热沉1的冷却水道11可以是圆形、矩形、椭圆形等，光纤槽12可以是U型槽、V型槽、矩型槽等任意形状的凹槽。