[发明专利]光纤激光器用超低温半导体制冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种超低温半导体制冷装置，该装置应用于需要低温或超低温运转的光纤激光器，以及大功率光纤激光器冷却与散热。

背景技术

光纤激光器以其体积小、效率高、稳定性好、光束质量好等优点，发展十分迅速。但有些特殊波段的光纤激光器需要在低温或超低温下才可正常运转，如掺钕光纤激光器由于在940nm附近有较强的自吸收现象，要想实现940nm附近的激光振荡输出，只能通过降低温度使得自吸收谱线向短波方向迁移，目前尚没有这方面的相关装置及相关报道，所能见诸文献仅有采用液氮冷却的方法（Jay W.Dawson,Alex Drobshoff，Zhi Liao etc.High Power 938nm Cladding Pumped Fiber Laser，Proc.of SPIE Vol.4974），但该方法可操作性不高、成本高昂、无法用于商业用途。

另外一方面，对于高功率光纤激光器来说，光纤表面温度越低越有利于激光器输出功率的提升，而目前所能见到的主要采用风冷、水冷或气冷等方式对光纤进行冷却或降温，如：筒形光纤整体冷却装置（CN200810201549.1，CN200820155749.3），光纤冷却管（CN201020581142.9，CN201010524741.1，CN03109167.9），红外光纤冷却装置（CN201020201751.7），光纤冷却装置（CN200920157162.0），盖帽组件和光纤冷却方法（CN02154324.0），这些发明专利所采用都是水冷或气冷方式，水冷方式冷却程度有限，只能将光纤表面温度降到室温或水温，气冷方式使用成本高、操作难度大且具有一定的危险性，很难用于商业用途。

因此，研究一种光纤激光器用超低温半导体制冷装置，对于实现光纤激光器在低温或超低温下工作，以及提高大功率光纤激光器的输出功率等方面有着重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种光纤激光器用超低温半导体制冷装置，通过将光纤激光器的有源光纤盘绕在本发明中的光纤盘绕柱上，利用半导体制冷堆和水冷散热器的散热作用，实现对光纤激光器的低温或超低温冷却。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案：

一种光纤激光器用超低温半导体制冷装置，其特征在于，包括半导体制冷堆、光纤盘绕柱、真空罩和水冷散热器，其中，光纤盘绕柱置于半导体制冷堆上表面，半导体制冷堆置于水冷散热器的上表面，半导体制冷堆的上表面为吸热端，下表面为放热端；真空罩为下端开口的空心柱体，真空罩扣在水冷散热器上方且将光纤盘绕柱和半导体制冷堆置于内部，真空罩内部形成的腔体为真空腔。

所述半导体制冷堆包括制冷内芯以及包覆在制冷内芯侧面的保温隔热材料，制冷内芯由一个或多个相同的制冷体组成，所述的制冷体由多个半导体制冷片和多个热忱交替堆叠而成，且制冷体的上下表面均为半导体制冷片，在半导体制冷片与热忱之间均涂覆有导热助剂或导热材料；每个半导体制冷片均与直流电源相连接；半导体制冷片的上表面吸热下表面放热。

所述半导体制冷片可选择市场有售的半导体制冷片，只要制冷量能够满足需求即可。

所述热忱采用具有良好热传导特性的金属片。

所述制冷内芯仅包括一个制冷体时，该制冷体的形状为正棱柱或下大上小的棱台，其对应的半导体制冷堆的形状可为圆柱或者下大上小的圆台。

所述制冷内芯包括多个制冷体时，每个制冷体均为正棱柱，所有的制冷体排列后形成新的正棱柱或长方体，对应的半导体制冷堆的形状为圆柱、长方体、棱台、椭圆柱、椭圆台、两头半圆矩形柱或两头半圆矩形台。

所述光纤盘绕柱为圆柱或两头半圆矩形柱，沿光纤盘绕柱的圆周方向刻有槽，槽的形状为矩形半圆槽、方形槽、矩形槽及V形槽，槽的大小以能将光纤没入其中。

所述真空罩采用双层外壁，且该双层外壁之间为真空；

所述真空罩为柱状。

所述水冷散热器包括外壳以及与外壳内部相连通的进水管和出水管，该外壳内部设置许多竖直方向的隔板，隔板使外壳内腔形成一条迂回前进的冷却水道，进水管连接冷却水道的入口，出水管连接该冷却水道的出口。

本发明的技术特征及优点如下：

（1）通过将多层半导体制冷片与热忱交替堆叠的半导体制冷堆以及水冷散热器将光纤盘绕柱的热量带走，实现了对本发明所应用的光纤激光器的低温及超低温制冷。

（2）采用真空密闭腔体，且结合真空腔底面的制冷作用，使得本发明不但具有强制冷能力，同时还达到了很好的绝热保温效果。