[實用新型]采用微通道水冷的千瓦級光纖包層功率剝離器

有效

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• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN204651670U
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設計）人: 劉小剛;李琦;閉治躍;王旗華;王美聰;闕興華
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: H01S3/042
• 分類號: H01S3/042;H01S3/067
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

技術領域

本實用新型涉及一種光纖包層功率剝離器，尤其涉及一種采用微通道水冷的千瓦級光纖包層功率剝離器。

背景技術

雙包層光纖激光器是新型光纖激光器發(fā)展的代表,光纖包層功率剝離器是其中重要的器件之一。

光纖包層功率剝離器(Cladding?Power?Stripper，簡稱CPS)具有獨特的光學性能，在雙包層光纖激光器/光纖放大器中用于去除包層殘留泵浦光，是從纖芯泄漏到內包層中傳輸的ASE(光源模塊，是專為光纖傳感、光器件測試設計的放大自發(fā)輻射光源)以及信號光模式的理想器件。光纖包層功率剝離器能夠吸收在雙包層光纖中內包層部分傳輸的光，雙包層光纖中大的內包層數值孔徑和小的纖芯數值孔徑波導傳輸的光都可以被包層功率剝離器“吸收”，而在纖芯中傳輸的信號光能夠被很好的保持，包括信號光功率和光束質量因子(M2)。

這些被吸收的光轉化為熱的形式，會造成器件溫度大幅度升高，進而影響CPS器件甚至整個激光系統的正常工作。因此，CPS的散熱非常重要。

CPS的傳統散熱技術方案有二種：一種是間接水冷，如圖1所示，CPS器件的整個外殼11安裝在冷板13上，冷板13內設有冷卻水通道14，光纖2剝離的熱通過外殼11吸收并傳到冷板13，由冷板13將熱帶走并耗散掉，為了便于理解，圖1中還示出了外殼11內部且被光纖2穿過的藍寶石晶體12；另一種是直接水冷，如圖2所示，將封裝光纖2的玻璃管34置于環(huán)形水腔35內的冷卻水中，通過水的流動將熱帶走并耗散掉，為了便于理解，圖2中還示出了熱沉33(一種散熱殼體)，安裝于熱沉33兩端的堵頭30、封堵頭37和橡膠密封圈31，以及設置于熱沉33本體上的冷卻水入口32和冷卻水出口36。

上述兩種傳統散熱裝置存在以下缺陷：

第一種，剝離光轉換的熱由CPS器件的金屬外殼吸收后傳導到冷板，再由冷板將熱帶走，屬間接散熱，受限于金屬殼體的熱傳導性、冷板的散熱性能、CPS器件與冷板接觸是否良好等，散熱效果差(<300W剝離功率)；另外，安裝過程中要求通過CPS器件中心線施加壓力以使壓力均勻分布在整個接觸區(qū)域，并且CPS器件與冷板安裝接觸面對平整面度和光潔度要求高，以使CPS器件和冷板緊密接觸，加工成本較高，安裝過程繁瑣。

第二種，因為其流道換熱面積體積比小，對流熱傳導系數較低，導致傳熱性能不高(<500W剝離功率)；密封墊圈受激光輻照一段時間后老化，造成密封性能下降甚至失效；冷卻水管路接在器件側面，既零亂又不美觀。

未來雙包層光纖激光器的發(fā)展方向是進一步提高雙包層光纖激光器的性能,如繼續(xù)提高輸出功率,提高光束質量等。而隨著光纖激光器輸出功率的提高，CPS剝離的功率也進一步增大(達千瓦級)，產生的熱流密度急劇增加，傳統方式已無法及時有效地進行散熱，為此必須采用新的散熱方式,解決高功率激光器的熱效應問題。

實用新型內容

本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種采用微通道水冷的千瓦級光纖包層功率剝離器。

本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：

一種采用微通道水冷的千瓦級光纖包層功率剝離器，包括熱沉，所述熱沉包括殼體和置于所述殼體內的內襯，所述殼體上設有冷卻水入口和冷卻水出口，所述內襯的外壁上設有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽的兩端分別與所述冷卻水入口和所述冷卻水出口相通連接，所述內襯設有用于光纖穿過的中心通孔。

上述結構中，熱沉采用分體式結構，其內襯外壁上的螺旋形凹槽使殼體和內襯之間形成螺旋形的冷卻水微通道，這種通道與傳統的環(huán)腔水冷通道具有顯著的結構區(qū)別和效果區(qū)別。

進一步，所述冷卻水入口和所述冷卻水出口分別設于所述殼體上靠近兩端的位置，所述殼體兩端的內壁上分別設有環(huán)形凹槽，兩個所述環(huán)形凹槽分別與所述冷卻水入口和所述冷卻水出口相通連接且同時分別與所述螺旋形凹槽的兩端相通連接。環(huán)形凹槽作為冷卻水入口和冷卻水出口分別與螺旋形凹槽兩端之間的緩沖池，具有緩沖冷卻水使其順利、均勻流過螺旋形凹槽的作用。

為了使冷卻水在各通道中的流速盡量匹配，所述冷卻水入口的截面積略大于所述環(huán)形凹槽的截面積，所述環(huán)形凹槽的截面積略大于所述螺旋形凹槽的總截面積。

為了進一步提高冷卻水在螺旋形凹槽中的流速，所述螺旋形凹槽為多個且并列設置于所述內襯的外壁上。

為了使整個剝離器更加實用和美觀，所述殼體安裝于底座的上面，所述底座內設有兩個冷卻水通道，所述冷卻水入口和所述冷卻水出口分別與兩個所述冷卻水通道對應相通連接。