一种光纤激光器散热结构的制作方法

本实用新型涉及光纤激光器领域，特别是涉及一种光纤激光器散热结构。

背景技术：

脉冲光纤激光器由于结构紧凑、效率高、波长可调谐等众多的优点，在很多领域如遥感、测距、医疗、军事、工业加工等领域有着广泛应用。并且随着各领域应用的需要，获得高功率脉冲激光输出是目前重要的研究课题。但是增益光纤发热问题成为制约功率进一步提高的关键因素之一，如何能够将增益光纤产生的高热量尽快的带走成为光纤激光器的热点关注问题。

目前有多种散热方法，主要包括风冷和水冷。风冷是通过安装在激光器上的小风扇通过不同的风速，将激光器产生的余热带走，但这种冷却方式只是适用于低功率光纤激光器。对于较大功率的光纤激光器较好的散热方式还是采用水冷。如何在基于水冷的基础上进一步让增益光纤与水道充分的接触，让增益光纤产生的热尽快带走成为目前需要继续探索和研究的问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种光纤激光器散热结构，用于解决或部分解决现有脉冲光纤激光器中的增益光纤发热的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种光纤激光器散热结构，包括：水冷板；在所述水冷板内部设置弯曲的水道，所述水冷板的侧边设置有进水口和出水口，所述水道一端与所述进水口相连、另一端与所述出水口相连，在所述水冷板的上表面对应水道处设置光纤盘区，所述光纤盘区为位于所述水冷板上表面的环形凹槽。

在上述方案的基础上，在所述光纤盘区沿所述光纤盘区的周向设置一圈呈环状的光纤放置槽。

在上述方案的基础上，所述水道在所述水冷板中对应沿所述光纤放置槽的周向弯绕且经过泵浦源所在位置。

在上述方案的基础上，所述水道包括第一部分、第二部分和第三部分；所述第一部分的第一端与所述进水口相连、第二端与所述第二部分的第一端相连，所述第一部分位于所述光纤放置槽一侧的下方且沿所述光纤放置槽周向绕过预设距离；所述第二部分为直线段，所述第二部分穿过所述光纤放置槽，所述第二部分的两端分别位于所述光纤放置槽的相对两侧；所述第三部分位于所述光纤放置槽另一侧的下方，所述第三部分沿着所述光纤放置槽的周向设置，所述第三部分的第一端与所述第二部分的第二端相连，所述第三部分的第二端连接至所述出水口。

在上述方案的基础上，所述泵浦源对应位于所述第二部分第二端和所述第三部分第一端处。

在上述方案的基础上，所述水道第一部分第二端的截面宽度大于第一端；所述水道第二部分第二端的截面宽度大于第一端；所述水道第三部分第一端的截面宽度大于第二端。

在上述方案的基础上，所述水道最窄处的截面宽度为10-12mm；所述水道最宽处的截面宽度为30-32mm。

在上述方案的基础上，所述进水口和所述出水口设置在所述水冷板的一侧且分别与水冷管可拆卸连接；所述水冷管与水冷机相连。

在上述方案的基础上，所述水道通过铣床铣出。

(三)有益效果

本实用新型提供的一种光纤激光器散热结构，通过在水冷板内部设置水道流动冷却水等介质，可将水冷板与散热器件接触对其进行有效的散热冷却；且水道可弯曲设置在散热器件所需的位置处，具有较好的适用性；设置光纤盘区与水道对应，可便于对光纤进行固定散热，保证具有良好的散热效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种光纤激光器散热结构的示意图。

附图标记说明：

1—水冷板； 2—光纤盘区； 3—光纤放置槽；

4—进水口； 5—出水口； 6—第一部分；

7—第二部分； 8—第三部分； 9—泵浦源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

根据本实用新型实施例提供一种光纤激光器散热结构，参考图1，该散热结构包括：水冷板1；在水冷板1内部设置弯曲的水道，水冷板1的侧边设置有进水口4和出水口5，水道一端与进水口4相连、另一端与出水口5相连，在水冷板1的上表面对应水道处设置光纤盘区2，光纤盘区2为位于水冷板1上表面的环形凹槽。

本实施例提供的一种光纤激光器散热结构，可作为基底与激光器中的光纤以及相应光学器件接触对其进行散热。水冷板1为散热冷板。水冷板1内部可铣出或通过其他方式设置出一条弯曲的水道。水道即为弯曲的通道。

冷却水或其他冷却介质可通过进水口4进入水道，在弯曲的水道内流动，并从出水口5流出。将进水口4和出水口5设置在水冷板1的侧边，便于连接管道或其他部件。光纤盘区2主要用于放置散热量较多的增益光纤。设置光纤盘区2便于对光纤进行固定。

本实施例提供的一种光纤激光器散热结构，通过在水冷板1内部设置水道流动冷却水等介质，可将水冷板1与散热器件接触对其进行有效的散热冷却；且水道可弯曲设置在散热器件所需的位置处，具有较好的适用性；设置光纤盘区2与水道对应，可便于对光纤进行固定散热，保证具有良好的散热效果。

在上述实施例的基础上，进一步地，在光纤盘区2沿光纤盘区2的周向设置一圈呈环状的光纤放置槽3。可在光纤盘区2铣出或通过其他方式设置出凹槽作为光纤放置槽3。可将光纤放置在该凹槽中，既有利于光纤的固定，又有利于光纤两侧的散热，提高散热效率。

进一步地，光纤放置槽3的位置可与水道相对应，路径与水道路径相近。

在上述实施例的基础上，进一步地，水道在水冷板1中对应沿光纤放置槽3的周向弯绕且经过泵浦源9所在位置。水道主要应靠近用于主放大的增益光纤以及发热严重的光学器件，例如泵浦源9。

水道应流经光纤以及泵浦源9所在的位置处，使得能够对光纤以及泵浦源9进行散热冷却。可设置水道沿光纤放置槽3的周向弯绕，便于对光纤放置槽3中的光纤进行散热。水道还应流经泵浦源9所在位置。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例对水道的具体形状进行了说明。水道主要包括第一部分6、第二部分7和第三部分8。弯曲的水道主要包括三部分。

第一部分6的第一端与进水口4相连。第二端与第二部分7的第一端相连。第一部分6位于光纤放置槽3一侧的下方且沿光纤放置槽3周向绕过预设距离。第一部分6位于光纤放置槽3的一侧，为绕光纤放置槽3周向设置的一段圆弧状。第一部分6的第一端可通过一直线段与进水口4相连。

第二部分7为直线段。第二部分7穿过光纤放置槽3，第二部分7的两端分别位于光纤放置槽3的相对两侧。第二部分7第一端与第一部分6第二端相连。第二部分7横穿环状的光纤放置槽3，即穿过光纤盘区2。第二部分7将冷却水等介质从光纤放置槽3的一侧从光纤放置槽3的中间穿过流至另一侧。

第三部分8位于光纤放置槽3另一侧的下方。第三部分8沿着光纤放置槽3的周向设置。第三部分8位于光纤放置槽3的另一侧，为绕光纤放置槽3周向设置的一段圆弧状。

第三部分8的第一端与第二部分7的第二端相连。第三部分8第一端与第二部分7第二端之间可设置弯折段来连接两部分。第三部分8的第二端连接至出水口5。第三部分8第二端可连接弯折段弯折后通过直线段与出水口5连接。

水道的该弯曲形状使得既可沿光纤放置槽3的周向流动，且流经区域较大，便于其他光学器件与水道接触进行散热。

在上述实施例的基础上，进一步地，泵浦源9对应位于第二部分7第二端和第三部分8第一端处。因为光路结构决定了泵浦源9的位置，泵浦源9的位置相对确定。上述弯曲形状的水道在第二部分7第二端和第一部分6第一端处弯曲折叠形成较大的水道接触面积，便于与泵浦源9接触进行散热。

进一步地，可将该水冷板1放置在泵浦源9的上方，即泵浦源9与水冷板1的底部接触，且对应位于水道第二部分7第二端和第三部分8第一端处。

进一步地，水道的具体弯曲形状也可为其他，对此不做限定，以能较多的流经待冷却的光纤以及光纤器件为目的。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例对水道的宽度进行了说明。水道第一部分6第二端的截面宽度大于第一端。水道第二部分7第二端的截面宽度大于第一端。水道第三部分8第一端的截面宽度大于第二端。

水道第一部分6、第二部分7以及第三部分8的截面宽度应宽于第一部分6与进水口4的连接段宽度以及第三部分8与出水口5的连接段宽度。使得与光纤以及光学器件接触处的水道较宽，便于增大接触面积，提高散热效率。

进一步地，设置第一部分6、第二部分7和第三部分8较宽，还可适应较大的冷却水等介质的流速，进一步提高散热效率。

且水道在第二部分7第二端和第三部分8第一端处最宽，便于与泵浦源9接触对其进行快速散热冷却。

在上述实施例的基础上，进一步地，水道最窄处的宽度为10-12mm。水道最窄处即第一部分6第一端与进水口4之间的连接段，以及第一部分6第一端处，以及第三部分8第二端和第三部分8第二端与出水口5之间的连接段。

水道最宽处的宽度为30-32mm。水道最宽处即第二部分7第二端处和第三部分8第一端处。

进一步地，可设置水道第一部分6、第二部分7和第三部分8的截面宽度均为30-32mm。使得该水道与光纤以及光学器件接触的部分均较宽，可提高散热效率，且可适应较大的冷却水等介质的流量。

进一步地，可设置水道中冷却水等介质的流量为6-6.6L/min。相比常规冷却水道中的介质流量，该流量较大，可提高散热效率，实现较好的散热效果。

在上述实施例的基础上，进一步地，进水口4和出水口5设置在水冷板1的一侧且分别与水冷管可拆卸连接；水冷管与水冷机相连。可让冷却水在水道中快速流动，使得光纤以及光学器件等可快速散热。

在上述实施例的基础上，进一步地，水道通过铣床铣出。

进一步地，水冷板1可分为基底和盖板上下两部分。可先分别在基底和盖板上对应位置处铣出弯曲的凹槽。然后将基底和盖板拼接并密封连接。基底和盖板上的凹槽拼接形成水道。

进一步地，水冷板1内部水道的设置也可采用其他结构形式，对此不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种用于高功率脉冲光纤激光器的宽水道散热结构，包括水冷板1，水道和光纤放置槽3，水冷板1为散热冷板；水冷板1里铣有一条弯曲的环形水道。水道流量为6.3L/min。该水道主要靠近用于主放大的增益光纤以及发热严重的光学器件。

在水冷板1的旁侧分别设有进水口4和出水口5。冷却水从进水口4进，出水口5出，同时也便于水冷管的插拔。并且水冷板1上有一个圆环形光纤盘区2主要放置散热量较多的增益光纤。该光纤盘区2上铣有与水道路径相近的光纤放置槽3，该光纤放置槽3既有利于光纤的固定又有利于光纤两侧的散热。

水冷板1为金属材质。具有良好的导热效果，同时可以承载光学器件，光纤以及水路。水道宽度较宽是为了提高水流量，使增益光纤产生的热量能够迅速被冷却水带走，同时宽水道也增加了增益光纤的横向散热面积。进水口4和出水口5连接水冷机，让冷却水在环形水道中快速流动，使得高功率光纤激光器增益光纤能够快速散热。

水路被密封在水冷板1内部。水道的走向主要是由发热的光学器件及增益光纤的位置决定，如泵浦源9和用于主放的增益光纤等。应让水道尽可能的靠近这些光学器件和光纤，达到充分散热效果。水道加宽的目的是增加增益光纤横向散热面积而且通过加快冷却水快速流动实现良好的散热效果。

环形水道的进水口4和出水口5位于散热板的一侧，连接水冷机，让冷却水在环形水道中快速流动，以稳定的流量匀速流动，使得高功率光纤激光器增益光纤能够快速散热。

本实施例为了提高增益光纤的散热速度，提供一种用于高功率脉冲激光器的宽水道散热结构，一方面通过增加水道的宽度，从横截面上增加增益光纤与水道的接触面积，可以有效的增加增益光纤横向的散热面积；另一方面通过增加水道的宽度可以提高水道的水流量，这样可以使得增益光纤产生的高热量可以通过冷却水快速的带走。

同时添加光纤放置槽3既有利于光纤的固定又有利于光纤两侧的散热。通过实验对比水流量为4.7L/min的窄水道和水流量为6.3L/min的宽水道对增益光纤温度的影响，在相同输出功率下，宽水道明显比窄水道低5℃。因此采用密闭式的宽水道形成高速流水，对高热功率密度的光纤进行高效散热，此散热效果较为显著，可以为更高功率的光纤激光器输出提供强有力的支撑。

该散热结构即可以提高光纤与水冷板1充分接触面积，又可以通过快速的水流量将增益光纤产生的热量快速带走，从而提高散热效果，使得激光器的输出功率有望进一步提高。

该散热结构，通过宽水道不仅增加增益光纤横向散热面积而且通过加快冷却水快速流动实现良好的散热效果，通过实验验证冷却效果是明显的。本实施例的宽水道散热结构能够保证光学器件长时间稳定工作且不被损坏，有利于提高工业级高功率光纤激光器长时间工作稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。