[实用新型]一种用于高功率光纤激光合束器的键合蓝宝石散热结构件

说明书

本实用新型公开了一种用于高功率光纤激光合束器的键合蓝宝石散热结构件，包括金属外框，所述金属外框内设置有中间层蓝宝石、顶层蓝宝石、蓝宝石盖子和蓝宝石散热棒，所述蓝宝石底座顶端设置有中间层蓝宝石和蓝宝石散热棒，蓝宝石散热棒位于中间层蓝宝石内，所述中间层蓝宝石顶端设置有顶层蓝宝石和蓝宝石盖子，蓝宝石盖子位于蓝宝石散热棒上方。本实用新型这种结构可以承载2‑3千瓦功率的激光，蓝宝石的热膨胀系数比金属要小得多，当承受更大功率的千瓦级的激光时，蓝宝石键合结构的膨胀相对较小，几乎没有变化，因此合束器的稳定性和可靠性大幅提升。

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器合束器散热技术领域，具体是一种用于高功率光纤激光合束器的键合蓝宝石散热结构件。

背景技术

随着近几年国内光纤激光器和光纤放大器的飞速发展，在激光武器、材料加工（激光打标，激光焊接）、光传感、激光雷达和光纤通讯等诸多领域都需要高功率光纤激光器和光纤放大器。而高功率光纤激光器和光纤放大器的实现离不开基于包层泵浦技术的泵浦合束器。包层泵浦技术是通过双包层光纤实现的，双包层光纤相较于普通光纤增加了内包层，且横截面积和数值孔径都远大于芯径，使多模光纤可以在包层中传输，而且多模光相较于单模光耦合效率更高，再通过掺杂稀土元素的有源光纤吸收转换放大，使高功率多模泵浦光转换成高功率单模激光。

虽然我国光纤激光器和光纤放大器正处于飞速发展的时期，但是相对于欧美国家起步较晚，高功率包层泵浦技术还有许多未能攻克的难题制约了合束器的发展。其中最大的难题就是千瓦级的光纤激光器的安全散热问题。现在世界上比较成熟的合束器研制单位有美国的IPG，美国的 OFS 、加拿大的 ITF 和法国的 HIGHWAVE 等。而在国内，主要的合束器生产研发厂家有上海迈岐，中科院上海光机所，中科院西安光机所等一系列高科技生产研发单位。

目前市场普通的合束器大部分用石英管作为合束的散热棒的。但由于石英热导率差只能用于20W以下的低功率合束器。 20-100W直接的散热方式大体上是采用蓝宝石散热棒，将光纤封装在蓝宝石散热棒上，散热棒固定在金属铝盒内，由于蓝宝石材料本身的良好的导热透光性，这种方式相比石英管有效的提高了散热能力，降低了光纤的表面温度。但即便这种方式也有两个问题限制了光纤承载功率的进一步提升：1.光纤焊接端不可避免存在光和热的散出，由于蓝宝石棒长度有限，单面透光导热，这导致其散热能力受到了很大的限制，这部分功能能量无法有效散出最终会形成热能提高散热棒温度，限制了承载功率的进一步提升；2.当功率进一步提升的情况下（大于100W），会导致金属铝盒的热膨胀比较明显，导致整个合束器稳定性和可靠性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于高功率光纤激光合束器的键合蓝宝石散热结构件，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于高功率光纤激光合束器的键合蓝宝石散热结构件，包括金属外框，所述金属外框内设置有中间层蓝宝石、顶层蓝宝石、蓝宝石盖子和蓝宝石散热棒，所述蓝宝石底座顶端设置有中间层蓝宝石和蓝宝石散热棒，蓝宝石散热棒位于中间层蓝宝石内，所述中间层蓝宝石顶端设置有顶层蓝宝石和蓝宝石盖子，蓝宝石盖子位于蓝宝石散热棒上方。

优选的，所述金属外框设置为铝合金边框。

优选的，所述中间层蓝宝石和蓝宝石底座与顶层蓝宝石之间均通过Al-O离子键的原子力结合。

优选的，所述蓝宝石底座、中间层蓝宝石、顶层蓝宝石、蓝宝石盖子和蓝宝石散热棒的表面均设置为抛光结构。

优选的，所述蓝宝石底座的长度设置为75mm，蓝宝石底座的宽度设置为8.5m，蓝宝石底座的高度设置为2.5mm。

优选的，所述中间层蓝宝石的长度设置为75mm，中间层蓝宝石的宽度设置为2mm，中间层蓝宝石的高度设置为2.2mm。