一种光纤器件封装散热结构的制作方法

本实用新型属于光纤激光器及其元器件领域，涉及一种光纤器件封装散热结构，尤其涉及一种高功率光纤器件封装散热结构。

背景技术：

目前，由光纤器件、光纤、LD元件组成的全光纤激光器已经被广泛运用于各类激光加工、医疗以及军用武器行业。在光纤激光器工作时，由于各光纤器件都存在故有损耗，光纤器件内部的损耗通常由于激光泄露造成，泄露的激光不能穿透封装外壳、胶水、光纤涂覆层，因此在激光照射点处，器件会发热，温度急剧上升，在得不到足够的散热时，器件的性能就会急剧劣化，导致器件烧毁；另外，由于光纤器件封装外壳通常使用上下结合形式，将使用时，通常将封装外壳下平面固定在通有冷却水的金属台面上，而上表面只能通过被动冷却方式进行冷却，这一结构在实际使用中会使上下两个平面产生温度差(40W发热造成约20℃温度差)、高功率情况下若封装外壳有一面散热效果不良甚至会直接导致器件烧毁。因此必须考虑对器件内部进行散热，同时，光纤器件由光纤加工而成，故常规的散热(直接水冷、接触式散热)都会污染到光纤并造成光纤寿命缩短、通光参数劣化等问题。

针对光纤器件的散热问题，通常采用敞开式结构，即器件内部敞开，保证足量的对流换热，避免器件损坏，但这种方式同样会使灰尘附着在器件内部，影响器件的使用寿命，因此该方法目前仅限实验室使用，而工业用光纤器件只能承受较小的损耗(承受损耗<50W)。这类问题严重制约了大功率光纤器件的发展，限制了光纤激光器的输出功率。

因此，针对现有技术中的不足，有必要提供一种光纤器件封装散热结构以改善现有的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题是克服现有技术存在的问题，提供一种光纤器件封装散热结构，有效解决光纤器件因散热不良而导致光纤器件烧毁的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

一种光纤器件封装散热结构，包括外壳1和封装于所述外壳1内的光纤器件2，其特征在于，所述外壳1内部设置有供光纤器件2固定放置的腔体10，所述腔体10在所述光纤器件2的激光泄露处20依次设置有分层遮挡片3以吸收泄露光，所述外壳1通过密封胶粘合密封，封装后的光纤器件2置于冷却装置上。

进一步的，所述分层遮挡片3的遮挡面积是逐渐递增的。

进一步的，所述外壳1上设置有用以注入封装胶5的灌胶孔6。

进一步的，所述外壳1内部注有封装胶5处设置有螺纹胶水槽7。

进一步的，所述光纤器件2在穿出所述分层遮挡片3的部分剥除光纤涂层直至露出裸纤，所述裸纤外套有涂层保护槽8，所述涂层保护槽的直径大于所述光纤涂层的直径。

本实用新型可带来以下有益效果：

本实用新型在外壳内部设置有分层遮挡片，并且遮挡片的面积可设置成逐渐递增，能够更好地将泄露光导致的发热分散在每一片遮挡片上；封装完成后的光器件置于冷却装置上，可将外壳上的热量及时传递至冷却装置上，以达到局部、全面的散热功能。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的外壳内部结构示意图；

图2为本实用新型优选实施例分层遮挡片的局部示意图；

图3为本实用新型优选实施例的结构示意图；

图4为本实用新型优选实施例外壳未粘合状态下的结构示意图；

图5为本实用新型优选实施例外壳粘合后的结构示意图。

图中：

1：外壳 10：腔体 2：光纤器件 20：激光泄露处

3：分层遮挡片 4：面板 5：封装胶 6：灌胶孔

7：螺纹胶水槽 8：涂层保护槽

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型光纤器件封装散热结构具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

本实用新型所述的一种光纤器件封装散热结构，包括外壳1和封装于所述外壳1内的光纤器件2，光纤器件由单根或多根光纤加工制成，外壳由左右两部分壳体通过散热密封胶粘合密封，在两部分外壳并拢后，内部形成供光纤器件2固定放置的腔体10，光纤器件2通过快速固化胶水固定于腔体内，腔体10在光纤器件2的激光泄露处20设置有分层遮挡片3以吸收泄露光，分层遮挡片3的遮挡面积可优选为逐渐递增，图2的黑色阴影部分为红外热像仪上显示的发热点，根据发热点的分布来看，在分层遮挡片的作用下，泄露光导致的热量依次被分层遮挡片遮挡，更好的分散在每一片遮挡片上。

如图3所示，封装后的光纤器件2置于冷却装置上，冷却装置可优选为金属面板4，然后通以冷却水进行冷却，外壳的左右两部分壳体与通有冷却水的金属面板4进行充分接触，保证外壳能够将所吸收的热量及时传递至金属面板，图3中的箭头为热量传输至金属面板的方向。

外壳1的表面设置有灌胶孔6，在灌胶孔内注入封装胶5并进行固化以完成封装，封装胶可优选为双组份胶水，固化后胶水颜色呈透明以便于实验观察，并且在外壳1内注入封装胶5处设置有螺纹胶水槽7，可以实现对胶水的限位，以及对完成固化胶水的强化固定作用。

如图4，5所示，在两部分外壳并拢后，内部形成腔体10，由灌胶孔6向腔体吹送保护气体。由于快速固化胶水的限制，如图5所示，保护气体只能从吹入气体的另一端灌胶孔以及两个全局散热外壳贴合缝隙中吹出，在通入一定量的保护气体后，用封装胶将另一个灌胶孔密封。该步骤保证了腔体内部充满保护气体，并检验了腔体的密封性。

光纤器件2在穿出分层遮挡片3后的部分剥除光纤涂层直至露出裸纤，然后在裸纤外套有涂层保护槽8，涂层保护槽的宽度略大于光纤涂层直径。激光泄露处20散出的小角度光束会进一步被该涂层保护槽所遮挡吸收，使只有少量的泄露激光照射在光纤涂层上，涂层和槽壁接触较充分，热传递较快，因此能够有效地保护光纤涂层不会发烫甚至烧毁。

实施例一

使用该结构对19×1光纤泵浦合束器进行封装，并进行高功率测试(封装结构需安装在通有冷却水的金属面板上，循环冷却水温20℃)。19×1光纤泵浦合束器具有19根输入光纤，每路光纤注入波长为915nm的连续激光，每路激光最高功率为70W，总注入功率1330W，光纤泵浦合束器效率为96％，即有53W激光从合束器泄露，照射到合束器腔体内壁。

实验结果显示：利用该封装结构封装的19×1光纤泵浦合束器，在单臂注入70W，总注入功率1330W的情况下，内部发热约53W，器件内部温升稳定，外壳温度最高为23℃，持续工作2h，未见任何异常现象。

实施例二

使用该结构对包层光剥除器进行封装，并进行高功率测试(封装结构需安装在通有冷却水的金属面板上，循环冷却水温20℃)。该包层光剥除器的光纤尺寸为25/400。测试时，使用合束器将915nm波长205W的连续光通入包层光剥除器，测得包层光剥除器输出光功率为4.6w。剥除功率200.4W。剥除率为97.8％。

实验结果显示：利用该封装结构封装的包层光剥除器，在剥除200.4W的情况下，封装外壳最热温度点为67.3℃，持续工作48h，未见任何异常现象。

实施例三

将常规无分层遮挡片的封装散热结构与本申请的有分层遮挡片的封装散热结构进行对比，同时注入1000W的激光时，测试得器件的泄露功率约80W，此时使用常规散热结构，从红外热像仪上可看出，发热点温度约为90.2℃，保持注入功率5分钟后，发热点部位的胶水温度逐步上升至150℃，随后在2秒内达到270℃并迅速燃烧。但是使用本申请的散热封装结构，在相同泄露功率下，用红外热像仪可以观察到多个发热点，但每个发热点温度都较低，普遍在32℃～37℃之间，保持注入功率超过15分钟，温度无逐渐上升趋势。

综上所述，本实用新型提供的光纤器件封装散热结构设置有分层遮挡片，并能够更好地将泄露光导致的发热分散在每一片遮挡片上，以达到局部、全面的散热功能。

以上仅是本使用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。