[发明专利]一种用于高功率光纤激光器或放大器的整体冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，特别是涉及一种用于高功率光纤激光器或高功率光纤放大器的整体冷却装置。

背景技术

掺稀土元素光纤在用于高功率光纤激光器或高功率光纤放大器时，光纤内的掺杂介质在泵浦光的作用下产生激光，同时会产生大量的热。如果光纤中的热量不及时排出，会引起光纤温度上升，导致输出激光光束质量及效率下降；甚至会影响到光纤最外层用于保护光纤的聚合物，引起聚合物老化甚至失效。直接关系到高功率激光器或放大器能否安全、稳定的运行。

目前对高功率光纤激光器或放大器中的光纤冷却方案已有专利申请(中国专利：200810048538.0和200820155746.X)和实际应用装置，但这些方案或装置均存在以下缺点：(1)冷却装置中可放置光纤的长度受限，短于或长于某个固定长度的光纤均不能使用；(2)冷却装置只提供光纤的冷却，不能同时提供全光纤系统中另一个重要器件——泵浦耦合器的冷却，不便于高功率光纤激光器或放大器的模块化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于高功率光纤激光器或放大器的冷却装置。本冷却装置中可放置的光纤的长度可变，并且在冷却光纤的同时能冷却高功率光纤激光器或放大器中的泵浦耦合器。

本发明的技术方案为：一种冷却装置，用于高功率光纤激光器或高功率光纤放大器。该冷却装置包括冷却盘和导热盖板。冷却盘是具有一个平坦表面的金属块，平坦表面上刻有一个输入凹槽、一个耦合器凹槽、一条螺旋线形凹槽、若干条回绕凹槽和若干个输出凹槽。输入凹槽是直线型凹槽，一端开口于冷却盘平坦表面边缘，另一端与耦合器凹槽相连接；耦合器凹槽的一端与输入凹槽相连接，另一端与螺旋线形凹槽的外螺旋终点相连接；螺旋线形凹槽是一条螺旋状凹槽，每条回绕凹槽是弧度不小于60度的圆弧形凹槽，不同的回绕凹槽连接在螺旋线形凹槽的不同的相邻两圈螺旋之间；每个输出凹槽是直线型凹槽，一端与螺旋线形凹槽的某个螺旋相切连接，另一端开口于冷却盘平坦表面边缘。导热盖板是具有一个平坦表面的金属块，其平坦表面不小于所述冷却盘的平坦表面。上述凹槽中，除了耦合器凹槽和输入凹槽外，其余凹槽的槽宽约为所用掺杂光纤的直径的两倍，槽深约为所用掺杂光纤的直径的四倍。耦合器凹槽的大小应足够所用泵浦耦合器放入，其槽深应使得所用泵浦耦合器放入后不超出冷却盘的平坦表面。输入凹槽用于放置泵浦耦合器的泵浦输入光纤，其槽深应使得泵浦输入光纤放入后不高出冷却盘的平坦表面。

使用时，将泵浦耦合器的泵浦输入光纤放入输入凹槽，泵浦耦合器放入耦合器凹槽。泵浦耦合器的输出光纤与掺杂光纤熔接后，与掺杂光纤一起按照由外向内的顺序逐圈缠绕到螺旋线形凹槽中，掺杂光纤通过任意一个输出凹槽绕出冷却装置。掺杂光纤在螺旋线形凹槽内缠绕的过程中，可以通过回绕凹槽回到相邻的上一圈内，且该回绕行为可在同一个回绕凹槽处多次进行。将导热盖板固定在冷却盘上，并使二者的平坦表面紧密接触；通过直接将冷却盘放置到温度较低的物体表面的方式对冷却盘进行冷却，从而实现对光纤和泵浦耦合器的冷却。

作为对本发明的进一步改进，可在冷却盘的除平坦表面外的其它表面上增加冷却液的输入口和输出口，冷却液的输入口和输出口通过冷却盘内的通道相连。使用时，将冷却盘上冷却液的输入口和输出口分别通过导管与水冷机的输出口和输入口相连，与冷却盘内的通道一起组成冷却液的循环通道。通过循环流动的冷却液带走冷却盘上的热量的方式来对冷却盘进行冷却，从而实现对光纤和泵浦耦合器的冷却。

本发明的有益效果是：(1)通过光纤与冷却盘平坦表面的凹槽或者导热盖板的紧密接触，将高功率光纤激光器或高功率光纤放大器运行时光纤内所产生的热量传递到冷却盘或者导热盖板中，使得光纤内的热量不发生积累，光纤最外层的聚合物的温度保持恒定，防止光纤熔断或老化，保证高功率激光器和放大器安全、稳定、长时间的运转；(2)通过在冷却盘上表面的螺旋线形凹槽的相邻两圈螺旋之间加入回绕凹槽，使缠绕光纤的长度可变，增加了光纤长度的适用范围；(3)通过在冷却盘的平坦表面增加放置泵浦耦合器的凹槽，可同时对泵浦耦合器进行冷却，方便光纤激光器或放大器的模块化。

附图说明

图1为本发明所提供的冷却装置的一具体实施例的外部结构示意图；

图2为图1所示实施例的内部结构示意图；

图3为图2所示实施例的冷却盘主体的立体示意图；

图4为图3的AA处的剖面俯视图；

图5为图2所示实施例的冷却盘主体的上表面的凹槽的示意图；

图6为图2所示实施例的冷却盘主体的上表面的回绕凹槽的示意图。