[發(fā)明專利]基于流動低沸點液體的光纖激光冷卻裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911005430.1
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110829157A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王小林;奚小明;楊保來;宋濤;張漢偉;史塵;王澤鋒;周樸;司磊;許曉軍;陳金寶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S3/067
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術(shù)協(xié)會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德;彭霜

本發(fā)明公開了一種基于流動低沸點液體的光纖激光冷卻裝置，包括底板和蓋板；底板的上表面設(shè)置有用于放置被灌封膠覆蓋的光纖激光器器件和低沸點液體的凹槽；底板的側(cè)面設(shè)置有低沸點液體入口和低沸點液體出口；低沸點液體入口和低沸點液體出口與凹槽連通；底板的側(cè)邊沿設(shè)置有光纖輸入輸出預(yù)留孔；蓋板與凹槽密封連接。本發(fā)明公開了一種基于流動低沸點液體的光纖激光冷卻方法。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)光纖激光器器件各個發(fā)熱側(cè)面的多方位冷卻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于流動低沸點液體的光纖激光冷卻裝置及方法。

背景技術(shù)

高功率光纖激光器在工藝制造、3D打印等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著雙包層光纖制作工藝和高亮度半導(dǎo)體激光器的功率提升，單路高功率光纖激光輸出功率得到了飛速的發(fā)展，從21世紀初的100瓦提高到目前的20千瓦。由于高功率摻鐿光纖激光器的光效率一般在65％-85％，一臺1000瓦的光纖激光器，在摻雜光纖內(nèi)部有150-350瓦的熱量存在。

美國勞倫斯-利福摩爾實驗室研究人員Dawson等人指出，當(dāng)摻雜光纖內(nèi)部的熱累積到一定程度時，摻雜光纖會發(fā)生纖芯融化(參見Dawson J W,Messerly M J,Beach R J,et al.Analysis of the scalability of diffraction-limited fiber lasers andamplifiers to high average power[J].Opt.Express.2008,16:13240-13266.)。除了摻雜光纖的量子虧損外，由于模式不匹配導(dǎo)致的功率泄漏，也會使得非摻雜傳能光纖(后文簡稱傳能光纖)內(nèi)部熱量積累以至燒毀光纖；由于熔接損耗導(dǎo)致激光泄漏，熔點(包括摻雜光纖與摻雜光纖之間、摻雜光纖與傳能光纖之間、傳能光纖與傳能光纖之間的熔點)熱量的急劇累積也會導(dǎo)致光纖燒毀。因此，光纖內(nèi)部的熱效應(yīng)是阻礙光纖激光功率提升的限制因素。為了提高光纖激光輸出功率，必須采用有效的措施對光纖激光進行冷卻。

當(dāng)前，為了解決高功率光纖激光器的制冷，主要有兩類方法。一類是將增益光纖放置在特定設(shè)計的制冷裝置中，通過熱傳導(dǎo)將增益光纖的熱量傳導(dǎo)到冷卻裝置，然后由冷卻裝置內(nèi)部的液體冷卻回路導(dǎo)走，該類冷卻方法只能對光纖的部分表面進行直接接觸和傳導(dǎo)冷卻，冷卻效率不是非常高；另一類是將增益光纖全部直接浸泡在水中，該類方法中，由于水中氫氧根離子直接與增益光纖接觸，隨著時間的增加，會導(dǎo)致光纖損耗增加，影響激光器輸出功率和穩(wěn)定性。此外，上述兩類制冷方法中，大都只強調(diào)增益光纖本身的制冷，對于光纖光柵、包層光濾除器、合束器等其他高功率器的制冷，要么涉及不多，要么只能是單面?zhèn)鲗?dǎo)冷卻；實際上，激光器中除了增益光纖以外，各個光纖器件和光纖之間的熔接點，都可能發(fā)熱且影響激光器的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一，在于提供一種基于流動低沸點液體的光纖激光冷卻裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)光纖激光器器件各個發(fā)熱側(cè)面的多方位冷卻。

本發(fā)明的目的之二，在于提供一種基于流動低沸點液體的光纖激光冷卻方法。

為了達到上述目的之一，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于流動低沸點液體的光纖激光冷卻裝置，所述光纖激光冷卻裝置包括底板1和蓋板2；

所述底板1的上表面設(shè)置有用于放置被灌封膠1-8覆蓋的光纖激光器器件和低沸點液體1-9的凹槽1-2；所述底板1的側(cè)面設(shè)置有低沸點液體入口5和低沸點液體出口6；所述低沸點液體入口5和低沸點液體出口6與所述凹槽1-2連通；所述底板1的側(cè)邊沿設(shè)置有光纖輸入輸出預(yù)留孔1-10；

所述蓋板2與所述凹槽1-2密封連接。

進一步的，所述底板1的底部設(shè)置有冷卻水流動的密封空間；所述底板1上設(shè)置有底板冷卻水入口3和底板冷卻水出口4；

所述底板冷卻水入口3和底板冷卻水出口4與所述密封空間連通。