[實用新型]基于水冷和浸入式相變液冷的光纖激光冷卻裝置

有效

• 申請號: 201921775663.5
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN210576997U
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 王小林;楊保來;奚小明;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）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/04
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德;彭霜

本實用新型公開了一種基于水冷和浸入式相變液冷的光纖激光冷卻裝置，包括基底水冷板和蓋板水冷板；基底水冷板的上表面設置有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；基底水冷板的側面設置有低沸點液體注液口和低沸點液體排液口；低沸點液體注液口和低沸點液體排液口與凹槽連通；基底水冷板的側邊沿設置有光纖輸入輸出預留孔；蓋板水冷板與凹槽密封連接；蓋板水冷板的內部設置有冷卻水流動的第一密封空間；蓋板水冷板上設置有蓋板水冷板冷卻水入口和蓋板水冷板冷卻水出口；蓋板水冷板冷卻水入口和蓋板水冷板冷卻水出口與第一密封空間連通。本實用新型能夠實現光纖激光器器件各個發熱面的全方位冷卻。

技術領域

本實用新型屬于光纖激光器技術領域，涉及一種基于水冷和浸入式相變液冷的光纖激光冷卻裝置。

背景技術

高功率光纖激光器在激光切割、激光熔覆、3D打印和智能制造等領域有著廣泛的應用。近年來，隨著雙包層光纖制作工藝和高亮度半導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，當摻雜光纖內部的熱累積到一定程度時，摻雜光纖會發生纖芯融化(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)內部熱量積累以至燒毀光纖；由于熔接損耗導致激光泄漏，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致光纖燒毀。因此，光纖內部的熱效應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計的制冷裝置中，通過熱傳導將增益光纖的熱量傳導到冷卻裝置，然后由冷卻裝置內部的液體冷卻回路導走，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，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，會導致光纖損耗增加，從而影響激光器輸出功率和穩定性。此外，上述兩類制冷方法中，大都只強調增益光纖本身的制冷，對于光纖光柵、包層光濾除器和合束器等其他高功率器的制冷，要么涉及不多，要么只能是單面傳導冷卻；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，都可能發熱且影響激光器的穩定性。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種基于水冷和浸入式相變液冷的光纖激光冷卻裝置，該裝置能夠實現光纖激光器器件各個發熱面的全方位冷卻。

為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案實現：

一種基于水冷和浸入式相變液冷的光纖激光冷卻裝置，所述光纖激光冷卻裝置包括基底水冷板1和蓋板水冷板2；

所述基底水冷板1的上表面設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；所述基底水冷板1的側面設置有低沸點液體注液口5和低沸點液體排液口6；所述低沸點液體注液口5和低沸點液體排液口6與所述凹槽1-2連通；所述基底水冷板1的側邊沿設置有光纖輸入輸出預留孔1-10；

所述蓋板水冷板2與所述凹槽1-2密封連接；所述蓋板水冷板2的內部設置有冷卻水流動的第一密封空間；所述蓋板水冷板2上設置有蓋板水冷板冷卻水入口7和蓋板水冷板冷卻水出口8；所述蓋板水冷板冷卻水入口7和蓋板水冷板冷卻水出口8與所述第一密封空間連通。