一种高功率光纤器件的液冷装置的制作方法

1.本发明属于激光器领域，尤其涉及一种高功率光纤器件的液冷装置。


背景技术：

2.光纤隔离器、合束器、集束器、光纤光栅、包层光滤除器、qbh等光纤器件是光纤激光器的基本组成。目前光纤激光器发展的一个重要方向就是提升光纤器件的耐受功率，而影响光纤器件耐受功率的主要因素是热效应，因此，提升光纤器件的热管理能力对提高光纤激光器性能水平来说至关重要。
3.为实现光纤器件有效冷却，一般采用液冷的方式将器件光功率损耗导致的光致热能及时带离。为了避免冷却液体与光纤直接接触而影响光纤器件的性能，实际工程应用中一般采用间接液冷的方法。目前比较常用的光纤器件间接液冷装置的结构如下：该装置使用管状内封装对光纤器件进行保护，并在内封装两头端口处填充密封胶固定光纤器件，之后将内封装安装在外封装的内置空腔中，内封装与外封装之间有循环冷却液，通过冷却液的流通来进行散热，内封装与外封装端部采用密封圈实现冷却液的密封，该结构虽然是目前较常用的光纤器件液冷装置，能够杜绝光纤器件与冷却液的直接接触，但该结构有以下缺陷：1）该冷却装置不适用于长度较大的光纤器件，若光纤器件的长度过长，那么由于器件只在两端部进行了固定，其中间悬空，在振动、冲击等环境中裸纤部分容易甩动幅度过大、碰撞到内封装内壁而发生断裂；2）该装置不适用于涂覆层发热严重的光纤器件，该装置中冷却液实际只对内封装上的热进行对流疏散，对内封装里面的光纤器件的散热作用有限，对于一些易在涂覆层发热的光纤器件，由于涂覆层的耐受温度仅一百多度，如不能有效、有针对性的冷却光纤涂覆层发热区域，光纤器件就有烧毁风险。
4.因此，为了解决目前光纤器件间接液冷装置存在的适用性受限和对光纤器件冷却作用有限的问题，本专利提出了一种高功率光纤器件的液冷装置。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种高功率光纤器件的液冷装置，所述装置包括：支架、内封装和外封装，所述支架为上表面开槽的长条支架，其横截面为“凹”型，其u型槽用于放置光纤器件；所述内封装为有中空腔体ⅰ的圆柱体，中空腔体ⅰ的横截面为矩形；所述外封装具有圆柱状中空腔体ⅱ，中空腔体ⅱ的直径大于内封装的外径；所述支架嵌入内封装的中空腔体ⅰ中，且支架外表面与内封装的中空腔体ⅰ的壁面之间紧密配合；所述内封装置于外封装的圆柱状中空腔体ⅱ中，且与中空腔体ⅱ之间存在缝隙，所述缝隙为冷却液流道；内封装与中空腔体ⅱ两端采用密封件进行密封；所述外封装外表面设置有进液孔和出液孔，两个孔与中空腔体ⅱ连通；光纤器件的发热区域与支架的u型槽之间的缝隙采用软金属、导热胶或光学胶中任意一种或多种进行填充；所述支架、内封装和外封装的热导率数百w/m/k或以上。
6.优选的，所述支架两端部分上表面开有u型槽，中间部分开有空腔。
7.本发明的有益效果是：本发明提供的高功率光纤器件的液冷装置，光纤器件与支架之间大面积接触，能够使光纤器件产生的热量快速有效的通过高热导率材料释放到冷却液中；其次，光纤器件上涂抹软金属、导热胶、光学胶等材料的位置可以根据需求进行，比如可以全段涂抹光纤涂覆层等易发热区域，这样可以最大程度确保光纤涂覆层的散热，比如可以避免涂抹光纤熔点等区域，这样可以防止光纤器件的漏光集中射入涂抹材料中，引起涂抹材料急剧发热；光纤器件上可以通过涂抹上述材料减短器件悬空长度，防止器件在振动冲击等实际应用环境中断裂；液冷内腔通过两端的密封圈、密封胶等密封件进行密封，能有效防止冷却液渗漏。
附图说明
8.图1为本发明的高功率光纤器件的液冷装置结构示意图；图2为本发明实施例中的支架结构示意图；图3为图1所示的高功率光纤器件的液冷装置结构纵向剖面图；图中：1.支架2.内封装3.外封装4.进液孔5.出液孔6.密封件7.冷却液流道8.光纤器件9.u型槽10.中空腔。
具体实施方式
9.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
10.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
11.一种如图1和图3所示的高功率光纤器件的液冷装置，所述装置包括：支架1、内封装2和外封装3，所述支架1为上表面开有u型槽的长条支架，其横截面为“凹”型，其u型槽用于放置光纤器件8；所述内封装1为有中空腔体ⅰ的圆柱体，中空腔体ⅰ的横截面为矩形；所述外封装3具有圆柱状中空腔体ⅱ，中空腔体ⅱ的直径大于内封装的外径；所述支架1嵌入内封装2的中空腔体ⅰ中，且支架1外表面与内封装2的中空腔体ⅰ的壁面之间紧密配合；所述内封装2置于外封装3的圆柱状中空腔体ⅱ中，且与中空腔体ⅱ之间存在缝隙，该缝隙作为冷却液流道7，内封装2与中空腔体ⅱ两端采用密封件6进行密封，密封件6包括密封圈或者密封胶，密封件6连接内封装2和外封装3的同时还能够实现端面密封效果，使冷却液在外封装3和内封装2之间流动，不会从两头漏出封装结构；所述外封装3外表面设置有进液孔4和出液孔5，两个孔与中空腔体ⅱ连通；光纤器件8的发热区域与支架1的u型槽之间的缝隙采用软金属、导热胶或光学胶中任意一种或多种进行填充；支架1、内封装2和外封装3均采用高热导率材料制成。
12.高功率光纤器件的液冷装置的封装过程如下：首先将光纤器件8放置在支架1的u型槽中，使用软金属、导热胶或光学胶中任意一种或多种填充光纤器件8与支架1内槽之间的间隙，根据光纤器件8的类型，胶料可以填充整段内槽，也可以只涂抹器件上的发热区域，比如光纤涂覆层；接着将支架1沿轴向从内封装2一端塞到另一端，支架与内封装之间使用胶料固定；最后将内封装2沿轴向从外封装3一端塞到另一端，内外封装之间用密封圈或密
封胶等密封件7固定住两头。
13.光纤器件8产生的热量通过器件自身与支架1内槽的接触以及器件通过缝隙填充材料与支架内槽的接触传导到支架1上，支架1的热量通过支架1外侧与内封装2内壁的紧密接触传导到内封装2上，内封装2的热量通过内外封装之间流通的冷却液对流散热带走。
14.如图2所示，作为一种实施例，上述支架1可以设计为两端部分上表面开有u型槽，中间部分开有空腔的结构，这种结构尤其适用于泄露光比较强的光纤器件，比如包层光滤除器，将光纤器件中间漏光部分悬空放在中空腔轴上，涂覆层部分则放在支架1的u型内槽中，一方面这样可以使绝大部分的光纤器件包层泄露光直接辐照并加热内封装2的内壁，内封装2直接接触冷却液，其散热速率比支架1更快，因此这种结构可以使包层泄露光产生的热量更加高效的释放，另一方面这样能够有效保障涂覆层上由于包层返回光导致的热能迅速通过支架1经内封装2向冷却液中导走。


技术特征：
1.一种高功率光纤器件的液冷装置，其特征在于，所述装置包括：支架（1）、内封装（2）和外封装（3），所述支架（1）为上表面开槽的长条支架，支架（1）横截面为“凹”型，其u型槽用于放置光纤器件；所述内封装（2）为有中空腔体ⅰ的圆柱体，中空腔体ⅰ的横截面为矩形；所述外封装（3）具有圆柱状中空腔体ⅱ，中空腔体ⅱ的直径大于内封装（2）的外径；所述支架（1）嵌入内封装（2）的中空腔体ⅰ中，且支架（1）外表面与内封装（2）的中空腔体ⅰ的壁面之间紧密配合；所述内封装（2）置于外封装（3）的圆柱状中空腔体ⅱ中，且与中空腔体ⅱ之间存在缝隙，所述缝隙为冷却液流道（7），内封装（2）与中空腔体ⅱ两端采用密封件（6）进行密封；所述外封装（3）外表面设置有进液孔（4）和出液孔（5），两个孔与中空腔体ⅱ连通；光纤器件的发热区域与支架（1）的u型槽之间的缝隙采用软金属、导热胶或光学胶中任意一种或多种进行填充。2.根据权利要求1所述的高功率光纤器件的液冷装置，其特征在于，所述支架（1）两端部分上表面开有u型槽，中间部分开有中空腔。

技术总结
本发明公开了一种高功率光纤器件的液冷装置，该装置包括：支架、内封装和外封装，支架设置U型槽用于放置光纤器件；支架嵌入内封装中，内封装置于外封装中，且内外封装之间形成冷却液流道。光纤器件与支架大面积接触，且两者之间采用软金属、导热胶或光学胶中任意一种或多种进行缝隙填充。本发明提供的高功率光纤器件的液冷装置，根据需求利用软金属、导热胶或者光学胶填充光纤器件与支架的缝隙，不仅有效增加了光纤器件与支架之间的直接接触面积，最大程度确保光纤器件的散热，还可以在一定范围内减短光纤器件的悬空长度，能够解决现有技术中光纤器件因悬空段过长而导致容易断裂的问题。问题。问题。


技术研发人员：刘玙 黄珊 郭超 楚秋慧 黎玥 李雨薇 吴文杰 黎沁 李好 欧光亮
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：2021.10.25
技术公布日：2021/11/24