[发明专利]光纤激光器及其冷却方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种光纤激光器及其冷却方法。

背景技术

光纤激光器，特别是几百瓦到10千瓦的功率的高功率光纤激光器的技术难点都是在整个光纤激光器以及单元光器件的热管理上面，以1KW的功率的脉冲光纤激光器为例，如果输出功率为1000瓦，按70％的光光转换效率来计算，有效的泵浦光功率为(1000W÷70％＝1428.6W左右)，按5％合束器损耗来算，进合束器前的泵浦光功率为(1428.6W÷95％＝1503.8W左右)，按泵浦激光器50％的电光转换效率来计算，需要提供的电功率为(1503.8÷50％＝3007.5W左右)，而且由于光纤激光器还有驱动电路、电源变换电路等控制电路，这些都会有一定的损耗，按90％的电转换效率来计算，进入到1000瓦光纤激光器的总电能为(3007.5W÷90％＝3341.7W左右)，因而整个光纤激光器的光电效率为(1000÷3341.7＝29.92％左右，如果合束器的效率能够做到更高一些，整体的效率应该可以做到30％左右)，整个一台1000瓦输出的光纤激光器，输入的电功率要3341.7瓦，其中有70％左右2341.7瓦左右的电功率变成热量，损耗掉了，而且这些损耗的热量必须想办法快速的散掉，否则光纤激光器中的光学元件，就会因为温度过高而损坏，从而造成整个光纤激光器烧坏。由此可见，高功率光纤激光器的最核心关键问题，是整个光纤激光器以及光器件的高效可靠的热管理，也就是要控制光纤激光器中光学元件的温度，要尽快把产生的热量散掉，因此，采用恰当而可靠的冷却方式，对高功率光纤激光器至关重要。

目前国际上200瓦功率以上的高功率光纤激光器，由于强制风冷已经不能够在短时间内散掉那么大的热量，因此基本上都采用普通的水冷办法，即把泵源、合束器、光纤光栅、掺稀土有源双包层光纤、熔接保护点等光器件安装在一块高加工精度，高平面度的金属底板上，金属底板下部通冷却水或冷却液，光纤激光器工作时，上述光器件产生的热量，先通过接触传热和辐射传热，将热量导到金属底板，金属底板再把热量传到循环的冷却水，由冷却水带走，这种方式比强制风冷的散热效果要好，但是散热效率依然不理想，散热速度不快，限制了进一步提高光纤激光器的输出功率的可能。

综上可知，现有光纤激光器在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤激光器及其冷却方法，其能大大提高光纤激光器的冷却效率，进而使得进一步提高光纤激光器的输出功率成为可能。

为了实现上述目的，本发明提供一种光纤激光器，包括有若干光器件、冷却容器、循环冷却机和冷却液体，所述光器件部分或全部安装于所述冷却容器中，所述冷却容器包括进液口和出液口，所述进液口和出液口分别与所述循环冷却机连接，所述冷却液体通过所述循环冷却机和所述进液口流入所述冷却容器，使得所述冷却容器中的所述光器件被完全浸泡在所述冷却液体中，所述冷却液体流经所述冷却容器内的所述光器件后，通过所述出液口再流回到所述循环冷却机。

根据本发明所述的光纤激光器，所述光器件包括若干泵源、合束器、光纤光栅、有源光纤、熔接点、泵浦泄漏点和/或无源光纤。

根据本发明所述的光纤激光器，所述光纤激光器为100瓦功率以上的高功率光纤激光器。

根据本发明所述的光纤激光器，所述高功率光纤激光器为高功率连续光纤激光器或者高功率脉冲光纤激光器。

根据本发明所述的光纤激光器，所述高功率连续光纤激光器包括连续种子源和双包层光纤放大器，所述连续种子源选择性安装于所述冷却容器中，所述双包层光纤放大器的所有光器件安装于所述冷却容器中；或者

所述高功率脉冲光纤激光器包括脉冲种子源和双包层光纤放大器，所述脉冲种子源选择性安装于所述冷却容器中，所述双包层光纤放大器的所有光器件安装于所述冷却容器中。

根据本发明所述的光纤激光器，所述无源光纤和有源光纤为双包层无源光纤和双包层有源光纤；所述冷却液体的折射率比所述双包层无源光纤和双包层有源光纤的包层的折射率低，且所述冷却液体包括冷却水或者冷却溶液。

根据本发明所述的光纤激光器，所述光纤激光器还包括控制电路，所述控制电路与所述光器件连接；所述若干泵源之间的连接点以及所述泵源与所述控制电路之间的连接点进行绝缘处理。