冷却装置及其制造方法与流程

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种冷却装置及其制造方法。

背景技术：

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，由于光纤激光器具有光束质量好、效率高、结构紧凑、免维护等诸多优势，因而其在工业、国防、科研、医疗等多个领域具有极为广泛的应用前景。在一些需要较高激光输出功率的场合中，可以通过提高注入的泵浦功率，从而获得所需的激光输出功率。然而，由于光纤熔接之前需要先对其进行涂覆层剥除，这种剥除破坏了其原有的涂覆层界面，随着注入的泵浦功率的增加，漏光现象增强，并在界面沉积处形成热点，使泵浦臂与集束器之间的光纤熔接点处的负载压力大大提高，从而使光纤激光器的工作可靠性变差。同时，由于泵浦臂采用的光纤较细，没有专门的冷却方案对其进行冷却保护，也极大地限制了熔接点处的功率负载能力。

目前，对熔接点处的冷却处理方法主要为：(1)将熔接点两端的光纤固定，直接把熔接点贴合在散热板上进行冷却；(2)将包括熔接点的两段裸纤放入商用光纤再涂覆机中，完成涂覆后再贴合在散热板上进行冷却。对于上述第一种冷却处理方法，由于光纤界面与散热板的贴合界面较小，贴合度较差，导致散热不通畅，从而增加了熔接点的热致损伤风险。而对于上述第二种冷却实现方式，由于商用光纤再涂覆机制造的新涂覆层无法与原涂覆层界面完全贴合，使贴合缝隙处发生漏光，当注入的泵浦功率增大时，漏光增强，并在界面沉积处形成热点，从而大大提高了熔接点处的热致损伤风险。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种冷却装置，以解决光纤熔接点热致损伤风险较高、漏光及发热现象严重的技术问题。

本发明提供的冷却装置，应用于熔接后的第一光纤和第二光纤，所述第一光纤包括第一原光纤段和剥除其包层的第一裸光纤段，所述第二光纤包括第二原光纤段和剥除其包层的第二裸光纤段，所述第一裸光纤段的自由端与所述第二裸光纤段的自由端熔接。包括套设在熔接点外部的硬质透明管、设置在所述硬质透明管与第一涂覆区接缝处的高折射率胶、设置在所述硬质透明管与第二涂覆区接缝处的高折射率胶及设置在所述硬质透明管下方的散热板。

所述硬质透明管为两端开口结构。

所述第一裸光纤段与所述第二裸光纤段位于所述硬质透明管内。

所述第一涂覆区设置在靠近第一包层断口的所述第一原光纤段上，所述第二涂覆区设置在靠近第二包层断口的所述第二原光纤段上。

所述散热板的上表面设有第三涂覆区，所述硬质透明管的下部与所述第三涂覆区之间设置有高折射率胶。

所述硬质透明管与所述第一涂覆区接缝处、所述硬质透明管与所述第二涂覆区接缝处及所述硬质透明管与所述散热板之间的高折射率胶的折射率均大于1.55。

进一步的，所述硬质透明管为玻璃管。

进一步的，所述玻璃管为光滑玻璃管，或者所述玻璃管为毛玻璃管。

进一步的，所述熔接点设置在所述硬质透明管的40％-60％的管段区域内。

进一步的，设置在所述硬质透明管与所述第一涂覆区接缝处、所述硬质透明管与所述第二涂覆区接缝处及所述硬质透明管与所述散热板之间的高折射率胶为紫外胶。

进一步的，所述第一光纤为单包层光纤或者双包层光纤，所述第二光纤为单包层光纤或者双包层光纤。

本发明带来的有益效果是：

通过在第一光纤与第二光纤的熔接点外部套设一两端为开口结构的硬质透明管，分别在硬质透明管与第一涂覆区的接缝处、硬质透明管与第二涂覆区的接缝处设置高折射率胶，并在硬质透明管下方设置散热板，其中，第一裸光纤段与第二裸光纤段位于硬质透明管内，第一涂覆区设置在靠近第一包层断口的第一原光纤段上，第二涂覆区设置在靠近第二包层断口的第二原光纤段上，在散热板上设有第三涂覆区，并且，硬质透明管的下部与第三涂覆区之间设置有高折射率胶。在硬质透明管与第一涂覆区接缝处、硬质透明管与第二涂覆区接缝处及硬质透明管与散热板之间的高折射率胶的折射率均大于1.55。

通过在熔接点外部设置套设在其上的硬质透明管，并将硬质透明管贴合设置在散热板的上表面上，利用散热板的制冷原理对硬质透明管的下表面进行散热，从而达到对熔接点进行散热的目的。同时，通过在硬质透明管两端及底部设置高折射率胶，利用硬质透明管的散射作用，实现了将第一包层断口与第二包层断口缺陷处的漏光剥除并散射到硬质透明管外部的目的，减少了热量在第一包层断口与第二包层断口处的积累，大大改善了热沉积现象，从而降低了熔接点处的热致损伤风险。此外，通过在熔接点外部周围设置硬质透明管，利用硬质透明管对脆弱的熔接点及其附近的熔接区域进行保护，大大提高了光纤激光器的工作可靠性。

本发明的第二目的在于提供一种冷却装置的制造方法，以解决光纤熔接点热致损伤风险较高、漏光及发热现象严重及无法对熔接区域提供直接保护的技术问题。

本发明提供的冷却装置的制造方法，用于制造上述冷却装置，从而对熔接点进行冷却，该冷却装置的制造方法包括：

S1：在所述第一光纤与所述第二光纤的所述熔接点上套入所述硬质透明管，使所述熔接点位于所述硬质透明管的管段区域内；

S2：对步骤S1中定位完成的所述硬质透明管进行固定，具体操作为：在所述硬质透明管与所述第一涂覆区之间的接缝处涂覆高折射率胶，使高折射率胶将该接缝完全覆盖；在所述硬质透明管与所述第一涂覆区之间的接缝处涂覆高折射率胶，使高折射率胶将该接缝完全覆盖；

S3：在所述散热板上表面的所述第三涂覆区涂覆高折射率胶；

S4：将S2中的熔接点置于S3中涂覆有高折射率胶的所述第三涂覆区，使高折射率胶固化，并将高折射率胶限定在所述硬质透明管的下表面与所述散热板的上表面之间。

进一步的，所述的在熔接前的所述第一光纤或者所述第二光纤上套入所述硬质透明管的步骤之前，包括对所述第一涂覆区、所述第一裸光纤段、所述第一包层断口、所述第二涂覆区、所述第二裸光纤段和所述第二包层断口进行充分清洁的步骤。

进一步的，所述的分别在所述硬质透明管与所述第一涂覆区之间的接缝处、在所述硬质透明管与所述第二涂覆区之间的接缝处涂覆高折射率胶的步骤中，所述高折射率胶为自然流动至上述各接缝中。

进一步的，所述的在所述散热板上表面的所述第三涂覆区涂覆高折射率胶的步骤之前，包括对第三涂覆区进行充分清洁的步骤。

本发明带来的有益效果是：

首先，在第一光纤与第二光纤的熔接点上套入硬质透明管，使熔接点位于硬质透明管的管段区域中；其次，对上述定位完成的硬质透明管进行固定：在硬质透明管与第一涂覆区之间的接缝处涂覆高折射率胶，再在硬质透明管与第二涂覆区之间的接缝处涂覆高折射率胶，使高折射率胶分别将上述各接缝完全覆盖；然后，在散热板上表面的第三涂覆区涂覆高折射率胶；最后，将已经被硬质透明管及其两端的高折射率胶密封的熔接点置于第三涂覆区上，使高折射率胶固化，以将包含有熔接点的硬质透明管固定在散热板上，并使高折射率胶限定在上述硬质透明管的下表面与散热板的上表面之间。

通过上述利用散热板对包含有熔接点的硬质透明管进行冷却处理的步骤，实现了对熔接点的可靠散热。并且，通过在硬质透明管两端及底部设置高折射率胶，利用硬质透明管的散射作用，实现了将第一包层断口与第二包层断口缺陷处的漏光剥除并散射到硬质透明管外部的目的，减少了热量在第一包层断口与第二包层断口处的积累，大大改善了热沉积现象，从而降低了熔接点处的热致损伤风险。此外，通过在熔接点外部周围设置硬质透明管，利用硬质透明管对脆弱的熔接点及其附近的熔接区域进行保护，大大提高了光纤激光器的工作可靠性。另外，这种冷却装置的制造方法是直接在工作中的散热板上进行涂覆，从而将硬质透明管固定在散热板上的，保证了高折射率胶固化后与散热板的紧密接触，有效地降低了热阻，大大提高了散热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例冷却装置的结构示意图；

图2为本实施例熔接后的第一光纤和第二光纤的结构示意图；

图3为本实施例硬质透明管涂覆高折射率胶后的结构示意图；

图4为本实施例冷却装置的制造方法的流程框图。

图标：10-第一光纤；20-第二光纤；30-熔接点；40-硬质透明管；50-高折射率胶；60-散热板；101-第一原光纤段；102-第一裸光纤段；103-第一包层断口；201-第二原光纤段；202-第二裸光纤段；203-第二包层断口；501-第一涂覆区；502-第二涂覆区；503-第三涂覆区。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供了一种冷却装置，应用于熔接后的第一光纤10和第二光纤20，具体的，如图2所示，第一光纤10包括第一原光纤段101和剥除其包层的第一裸光纤段102，第二光纤20包括第二原光纤段201和剥除其包层的第二裸光纤段202，第一裸光纤段102的自由端与第二裸光纤段202的自由端熔接。

该冷却装置包括套设在熔接点30外部的硬质透明管40、设置在硬质透明管40与第一涂覆区501接缝处的高折射率胶50、设置在硬质透明管40与第二涂覆区502接缝处的高折射率胶50及设置在硬质透明管40下方的散热板60。其中，硬质透明管40为两端开口结构，第一裸光纤段102与第二裸光纤段202位于硬质透明管40内，并且，第一涂覆区501设置在靠近第一包层断口103的第一原光纤段101上，第二涂覆区502设置在靠近第二包层断口203的第二原光纤段201上，散热板60的上表面设置有第三涂覆区503，高折射率胶50只存在于硬质透明管40的下部与第三涂覆区503之间的位置上。其中，硬质透明管40与第一涂覆区501接缝处、硬质透明管40与第二涂覆区502接缝处及硬质透明管40与散热板60之间的高折射率胶50的折射率均大于1.55。

通过在熔接点30外部设置套设在其上的硬质透明管40，并将硬质透明管40贴合设置在散热板60的上表面上，利用散热板60的制冷原理对硬质透明管40的下表面进行散热，从而达到对熔接点30进行散热的目的。同时，通过在硬质透明管40两端及底部设置高折射率胶50，利用硬质透明管40的散射作用，实现了将第一包层断口103与第二包层断口203缺陷处的漏光剥除并散射到硬质透明管40外部的目的，减少了热量在第一包层断口103与第二包层断口203处的积累，大大改善了热沉积现象，从而降低了熔接点30处的热致损伤风险。此外，通过在熔接点30外部周围设置硬质透明管40，利用硬质透明管40对脆弱的熔接点30及其附近的熔接区域进行保护，大大提高了光纤激光器的工作可靠性。

本实施例中，散热板60可以是散热性较好的金属水冷板，如铝合金水冷板。水冷板是利用液体在密闭装置中的循环，将吸收的热量散发到面积更大的板状结构上来实现散热目的的。之后，经过冷却作用后的液体再次回流至吸热设备，使吸热设备再次对其进行冷却处理，以保证进行循环冷却的液体始终处于所需的温度状态。水冷散热的效率通常为传统风冷方式的二十倍以上，本实施例中，通过设置水冷板来对熔接点30进行冷却处理，有效地降低了热阻，大大提高了散热效率。

请继续参照图1，本实施例中，熔接点30设置在硬质透明管40的40％-60％的管段区域内，且使第一裸光纤段102和第二裸光纤段202尽可能居中设置在上述硬质透明管40中。这样的设置，能够更好地利用硬质透明管40的散射作用将缺陷处的漏光均匀导出，从而减少热量在第一包层断口103与第二包层断口203缺陷处的积累。

此外，本实施例中，硬质透明管40可以是玻璃管，具体的，上述玻璃管可以是表面相对光滑的光滑玻璃管，也可以是表面较为粗糙的毛玻璃管，其只要是能够利用自身的散射作用实现对管内漏光的导出即可。并且，本实施例中，玻璃管还可以是硬度及强度等级较高的粗玻璃管，或者是硬度及强度等级较低的细玻璃管，其只要是能够实现对熔接点30的机械保护及对管内漏光的可靠导出即可。

此外，本实施例中，硬质透明管40可以是上述玻璃管的形式，但不仅仅局限于这种形式，还可以是其他形式的硬质透明管，如蓝宝石材质的透明管，其只要是通过这种硬质透明管40能够实现对熔接点的直接保护，并且利用硬质透明管40自身的散射作用将管内的漏光可靠导出即可。

该冷却装置的应用范围十分广泛，可以是对图2中所示这种第一光纤10与第二光纤20芯径相同时的熔接点30的冷却，也可以是对第一光纤10与第二光纤20芯径不同时的熔接点30的冷却。并且，本实施例中，第一光纤10与第二光纤20可以是125um、220um或者400um等多种不同规格。

请继续参照图1，本实施例中，设置在硬质透明管40与第一涂覆区501接缝处、硬质透明管40与第二涂覆区502接缝处及硬质透明管40与散热板60之间的高折射率胶50均为紫外胶。

紫外胶的固化原理为：紫外胶中的光引发剂在紫外线的照射下产生活性自由基或者阳离子，随后引发单体聚合、交联和接支等化学反应，从而使液态紫外胶迅速由液态转化为固态，实现固化。

通过在硬质透明管40的下部与第三涂覆区503之间设置折射率较高的紫外胶来实现固化，不仅使硬质透明管40内部的漏光有效地导出至外环境中，而且由于紫外胶的快速固化特性，使得硬质透明管40能够迅速贴合在散热板60上，大大提高了本实施例冷却装置的冷却效率，且紫外胶相对安全，对环境污染较小。

本实施例中，第一光纤10可以是单包层光纤，也可以是双包层光纤，对应地，第二光纤20也可以是单包层光纤或者双包层光纤中的一种。

本实施例还提供了一种冷却装置的制造方法，用于制造上述冷却装置，从而对熔接点30进行冷却，具体的，如图4所示，该冷却装置的制造方法包括步骤S10至步骤S60。首先，在熔接前的第一光纤10或者第二光纤20上套入硬质透明管40，并将上述第一光纤10或者第二光纤20与未套入硬质透明管40的第二光纤20或者第一光纤10进行熔接。当熔接完成后，推动硬质透明管40至熔接点30上，以保证熔接点30完全落入硬质透明管40的管段中；其次，对上述定位完成的硬质透明管40进行固定，具体固定方法为：如图3所示，在硬质透明管40与第一涂覆区501之间的接缝处涂覆高折射率胶50，再在硬质透明管40与第二涂覆区502之间的接缝处涂覆高折射率胶50，使高折射率胶50分别将上述各接缝完全覆盖；然后，在散热板60上表面的第三涂覆区503涂覆高折射率胶50；最后，将已经被硬质透明管40及其两端的高折射率胶50密封的熔接点30置于第三涂覆区503上，使高折射率胶50固化，以将包含有熔接点30的硬质透明管40固定在散热板60上，并使高折射率胶50限定在上述硬质透明管40的下表面与散热板60的上表面之间。

通过上述利用散热板60对包含有熔接点30的硬质透明管40进行冷却处理的步骤，实现了对熔接点30的可靠散热。并且，通过在硬质透明管40两端及底部设置高折射率胶50，利用硬质透明管40的散射作用，实现了将第一包层断口103与第二包层断口203缺陷处的漏光剥除并散射到硬质透明管40外部的目的，减少了热量在第一包层断口103与第二包层断口203处的积累，大大改善了热沉积现象，从而降低了熔接点30处的热致损伤风险。此外，通过在熔接点30外部周围设置硬质透明管40，利用硬质透明管40对脆弱的熔接点30及其附近的熔接区域进行保护，大大提高了光纤激光器的工作可靠性。另外，这种冷却装置的制造方法是直接在工作中的散热板60上进行涂覆，从而将硬质透明管40固定在散热板60上的，保证了高折射率胶50固化后与散热板60的紧密接触，有效地降低了热阻，大大提高了散热效率。

为了提高第一光纤10与第二光纤20的熔接质量，在熔接前的第一光纤10或者第二光纤20上套入硬质透明管40的步骤之前，可以对第一涂覆区501、第一裸光纤段102、第一包层断口103、第二涂覆区502、第二裸光纤段202和第二包层断口203进行充分清洁。这种清洁处理，降低了光纤之间的连接损耗，改善了由于纤芯堵塞造成的光信号无法传输的现象，大大提高了光纤激光器的工作可靠性。

此外，本实施例中，在硬质透明管40与第一涂覆区501的接缝处、硬质透明管40与第二涂覆区502的接缝处涂覆高折射率胶50的过程中，可以使高折射率胶50自然流动至上述各接缝处。这种自然流动的涂覆方式，保证了高折射率胶50在各涂覆区填充时均匀性，降低了由于涂覆不均匀而在硬质透明管40两端出现的热沉积现象，在一定程度上减小了熔接点30处的热致损伤。

需要说明的是，本实施例中，高折射率胶50的自然流动可以采用滴涂的方式，即将一定量的高折射率胶50缓慢滴在待涂覆区中，使其均匀涂覆在上述区域中。

另外，本实施例中，在散热板60上表面的第三涂覆区503涂覆高折射率胶50的步骤之前，还可以对第三涂覆区503进行充分清洁。这种清洁处理过程，减小了由于第三涂覆区503表面洁净度差而造成的液体胶涂覆过程中出现的气泡现象，提高了高折射率胶50的固化效果，从而保证了熔接点30处漏光的可靠导出，减少了热量在熔接点30处的积累。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。