一种激光增益光纤冷却装置的制作方法

本发明涉及激光光纤冷却技术领域，具体涉及一种激光增益光纤冷却装置。

背景技术：

光纤激光器具有电光转换效率高，输出光束质量好，热管理方便，工作运行稳定等优点，近些年一直是科研人员研究的热点。随着光纤制作工艺的发展，以光纤为基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面取得显著进步，成为目前激光领域的新兴技术。2μm激光被称为“人眼安全”激光，在医疗手术、大气监测、激光雷达、遥感等领域具有广泛前景。掺铥光纤激光作为一种新型的高功率激光，它利用掺铥石英光纤作为增益介质，工作波长在2μm，处于人眼安全波长范围。随着光纤设计和制备工艺的改进以及半导体激光泵浦技术的发展，2μm波段掺铥光纤激光器得到了快速发展。掺铥光纤激光器由于可提供波长在2μm左右的长波激光振荡，与水的吸收峰相接近，有极好的对人体组织切割和凝血效果，可以用普通光纤传输，是理想的手术激光光源。

随着大功率光纤激光器输出功率水平的不断提高，热问题已经成为制约光纤激光器输出功率进一步提高的制约因素，热处理方面的最大挑战通常来自于增益光纤，过热的增益光纤会降低泵浦功率的吸收而影响输出功率。增益光纤的温度升高，会降低量子效率，如果泵浦光足够强，泵浦引起的高温将导致严重的问题，如基质材料热扩散形成的热应力和折射率变化，热透镜效应等，高温甚至将玻璃熔化，导致光纤熔断。同时，光纤激光器通常在高温，高湿度多尘的环境中进行工业加工，增益光纤及关键焊接点长期在这种环境中容易老化影响光束质量以及输出效率。因此如何有效冷却，隔离，绕盘光纤对于提高光纤激光器的输出功率以及光斑质量有着至关重要的影响。

现有的光纤冷却装置，多采用在圆柱或冷却板上盘绕方式对光纤进行冷却(例如专利文献cn201520088049.7，cn201210362883.1，cn201610459695.9)，这些装置存在以下缺点：(1)光纤之间紧密排列在一起，不利于光纤间的散热，造成散热不均匀；(2)光纤的进口和出口间存在交叠的地方，交叠点温度过高，增大光纤烧毁的概率；(3)圆柱或冷却板热交换速度慢，热量没有办法及时散出去；(4)冷却液体在循环中出现热量累积，温度逐渐升高、局部地方热富集的情况，而增益光纤两端热负载要明显强于中心区域，容易出现光纤端面效应，光纤受到损伤。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而公开一种激光增益光纤冷却装置，能实现对高热功率密度光纤的高效散热，实现显著散热效果，为实现光纤激光器更高功率输出提供强有力支撑，通过使用多个子部件组合的形式，各个子部件具有独立的冷却液体循环通道，独立进行散热，可以有效防止冷却液体流动过程中，热量累积，出现光纤一端温度过高的情况，防止光纤端面效应，光纤受到损伤，有效减小光纤因局部温度过高烧毁的概率。

本发明的具体技术方案为：一种激光增益光纤冷却装置，所述装置包括外表面带螺旋光纤槽的冷却管以及内表面带螺旋光纤槽的冷却盖，增益光纤沿所述光纤槽螺旋缠绕所述冷却管，所述冷却管由多个冷却子管连接而成，冷却子管内封装冷却液，每个冷却子管包括独立的冷却液循环通道，所述冷却液循环通道包括冷却液输入通道、输出通道、散热部分，所述冷却盖扣于冷却管表面，其包括多个半环形冷却子盖，冷却子盖内封装冷却液，每个冷却子盖包括独立的冷却液循环通道，所述冷却液循环通道包括冷却液输入通道、输出通道、散热部分。

优选的，所述冷却管和所述冷却盖由软性可膨胀材料制成，通过控制充入的冷却液量来控制冷却管及冷却盖的尺寸，从而实现增益光纤的盘绕直径调整。

优选的，每个独立冷却液循环系统中冷却液的流速可以独立调节，增益光纤两端热负载要明显强于中心区域，与光纤两端连接的部分流速大大于中心区域。

优选的，所述冷却盖设有供所述冷却管冷却液输入、输出通道通过的孔。

优选的，所述冷却液循环通道中连接有制冷器。

优选的，所述制冷器的内部固定连接有冷凝管，利用制冷器中的冷凝管对冷却液进行冷却。

优选的，所述冷却液循环通道中连接有液泵，通过液泵来控制循环通道中液体的流动速率。

优选的，所述冷却子盖和所述冷却子管中分别设置有温度监控装置，当监控到某一冷却子盖或冷却子管温度过高时，加快冷却液的流动速率，并提高制冷器的制冷功率。

优选的，冷却液是纯净水、蒸馏水、去离子水、或添加有添加剂(如防腐剂、防冻液等)的水中的一种。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、通过流动的水循环系统，及时将超高功率光纤内部的能量通过循环冷却液直接导出，通过冷却液的快速流动实现良好的散热效果，流动均匀、散热充分、能够保持增益光纤表面温度均匀一致，可避免超高功率光纤局部能量聚集现象的产生。

2、通过使用多个子部件组合的形式，各个子部件具有独立的冷却液体循环通道，独立进行散热，可以有效防止冷却液体流动过程中，热量累积，出现光纤一端温度过高的情况，防止光纤端面效应，光纤受到损伤，有效减小光纤因局部温度过高烧毁的概率。

3、光纤槽将增益光纤完全包裹在中间，冷却液完全覆盖光纤，通过冷却液的快速流动实现对高热功率密度光纤的高效散热，实现显著散热效果，为实现光纤激光器更高功率输出提供强有力支撑。

4、所述冷却管和所述冷却盖由软性可膨胀材料制成，通过控制充入的冷却液量来控制冷却管及冷却盖的尺寸，从而实现增益光纤的盘绕直径调整。

5、无需加工复杂的便于光纤盘绕的冷板，比传统的散热方式加工成本低，适合批量生产，且冷却液可以循环使用，可以实现长时间使用的效果。

附图说明

图1为冷却装置整体结构示意图；

图2为冷却液循环系统示意图；

附图标记说明：1-冷却子管2-冷却子盖3-光纤槽4-冷却液输入通道5-冷却液输出通道6-液泵7-散热部分8-制冷器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明，实施例的具体参数设置等可因地制宜做出选择而对结果并无实质性影响。

实施例1

一种激光增益光纤冷却装置，所述装置包括外表面带螺旋光纤槽的冷却管以及内表面带螺旋光纤槽3的冷却盖，增益光纤沿所述光纤槽3螺旋缠绕所述冷却管，所述冷却管由多个冷却子管1连接而成，所述冷却子管1内封装冷却液，每个冷却子管1包括独立的冷却液循环通道，所述冷却液循环通道包括冷却液输入通道4、输出通道5、散热部分7，所述冷却盖扣于冷却管表面，其包括多个半环形冷却子盖2，冷却子盖2内封装冷却液，每个冷却子盖2包括独立的冷却液循环通道，所述冷却液循环通道包括冷却液输入通道4、输出通道5、散热部分7。

所述冷却管和所述冷却盖由软性可膨胀材料制成，通过控制充入的冷却液量来控制冷却管及冷却盖的尺寸，从而实现增益光纤的盘绕直径调整。

每个独立冷却液循环系统中冷却液的流速可以独立调节，增益光纤两端热负载要明显强于中心区域，与光纤两端连接的部分流速大大于中心区域。

所述冷却盖设有供所述冷却管冷却液输入通道4、输出通道5通过的孔。

所述冷却液循环通道中连接有制冷器8。

所述制冷器8的内部固定连接有冷凝管，利用制冷器8中的冷凝管对冷却液进行冷却。

所述冷却液循环通道中连接有液泵6，通过液泵6来控制循环通道中液体的流动速率。

冷却液是纯净水、蒸馏水、去离子水、或添加有添加剂(如防腐剂、防冻液等)的水中的一种。

优选的，所述冷却子盖和所述冷却子管中分别设置有温度监控装置，当监控到某一冷却子盖或冷却子管温度过高时，加快冷却液的流动速率，并提高制冷器的制冷功率。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。