一种高功率包层光剥除器的制作方法

1.本实用新型属于光纤激光器领域，尤其涉及一种高功率包层光剥除器。


背景技术：

2.光纤激光器有着激光效率高、光束质量好、稳定性良好等优点，近年来得到了飞速的发展。随着其应用越来越广泛，目前国内外对于光纤激光器的功率及稳定性也要求越来越高，当设备在加工过程中，激光器光路系统本身产生的一些包层杂光以及加工过程中产生的回反光都会使得光纤激光器内部的温度上升，从而加速光纤激光器内部光学器件的老化，影响激光器的长期稳定性工作。而光纤包层光剥除器(以下简称cps)则是光纤激光器内部专门将回反光功率以及系统杂散光从光路中剥除的器件，其剥除光的能力用剥除比来衡量，剥除比越高，表示其剥除光的能力越强，同时激光器的稳定性也越好。正因为其将大量的光从光路中剥除，因此cps本身的发热量非常大，如果cps散热设计不合理，将导致cps本身温度非常高，可能引起整个光纤激光器稳定性降低，甚至烧毁光纤激光器本身。
3.早期的cps制作方式大部分是将双包层光纤剥除一段涂层露出裸纤，在裸纤表面涂高折胶水，高折胶会导致光纤内的光无法全反射传输而从高折胶水中射出来，这种cps因剥除功率低，高功率发热严重，已被逐步淘汰。目前市面上主要的两种工艺分别为激光刻蚀法和化学腐蚀法。激光刻蚀法和化学腐蚀法原理大致相同，做法如下：先将双包层光纤剥除一段涂层露出裸纤，然后将这一段裸纤放置于夹具上精确定位，最后使用激光在裸纤表面刻蚀出细小的凹槽或者将裸纤置于化学腐蚀膏中腐蚀至表面布满细小而密集的凹槽，当光纤中的包层光传输至布满凹槽的光纤表面时会发生散射，将光纤内的光射向周围的封装壳体，壳体通过一定的导热设计将剥除的光所产生的热量带走。
4.随着激光器功率越来越高，cps剥除的功率也越来越高，那么cps的散热封装设计也显得越来越重要，目前常见的散热方式有传导冷却和水冷两种，现对cps的封装做简要介绍。
5.传导冷却cps采用金属封装壳体，光从光纤中剥除后以光的形式射向金属封装内壁，产生热量，金属封装壳体紧贴在水冷板上，将热量传导至水冷板最终被冷却水带走。水冷cps则是直接在cps的金属封装上做水道，让冷却水流过金属封装来冷却，如果水道与cps散光的空间没有直接接触称为间接水冷，反之如果cps将光直接散入水道中称为直接水冷。由于水对于光而言是透明的，因此无论哪种水冷，本质上还是将光散射到金属臂上发热，然后由冷却水带走。
6.随着cps剥除功率越来越高，散射到金属内表面上的功率越来越大，发热也越来越剧烈，即使发热的金属表面与冷却水直接接触，但是接触面有限，散热效率也越来越不足，导致封装壳体温度非常高，长时间工作可能损坏cps或者激光器。比较有效的办法是增加水道的内表面积，从而增加散热面积，但是这样势必会导致封装壳体的体积过大，过多占据激光器内的空间。


技术实现要素：

7.针对常规水冷封装散热效率不足的问题，本设计在不显著增加封装体积的情况下，显著增加水与金属的接触面积，从而提高散热效率，有效降低壳体温度。
8.本实用新型采用如下技术方案：所述包层光剥除器包括封装壳体和穿入管，所述穿入管位于封装壳体内，所述穿入管和封装壳体之间设有金属丝网，所述封装壳体设有进水接口和出水接口，所述封装壳体两端分别拧入有堵头，所述穿入管两端分别位于对应端的堵头内。
9.进一步的，所述堵头内侧且位于穿入管两端均依次套有金属垫圈、密封圈。
10.进一步的，所述封装壳体为金属材料。
11.本实用新型的有益效果是：在穿入管外壁缠绕金属丝网，使得金属丝网的填充将整个水道变成空间上的疏松多孔结构，这样cps散射光不会直接射到水道内壁，而是在金属丝网中多次充分的反射，让整个光均匀散射到金属丝网和水道内壁上，且大部分光应该是被金属丝网吸收，而金属丝网整个浸泡在冷水中，因此与水的接触十分充分，散热效率非常高，能显著降低金属壳体的发热温度。
附图说明
12.图1是本实用新型提供一种高功率包层光剥除器截面图。
具体实施方式
13.为了使本实用新型专利目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
14.为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
15.为了便于说明仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。
16.结合图1所示，所述包层光剥除器包括封装壳体03和穿入管02，所述穿入管位于封装壳体内，所述穿入管和封装壳体之间设有金属丝网08，所述封装壳体设有进水接口07和出水接口09，所述封装壳体两端分别拧入有堵头04，所述穿入管两端分别位于对应端的堵头内。
17.所述穿入管穿入有为做cps的双包层光纤01，所述双包层光纤存在一段光纤散光的部分01-1，此部分涂覆层被剥除，包层表面通过激光刻蚀法或化学腐蚀法布满了密集的细小凹槽，用于将光纤的包层光散射出来，此部分位于封装的中间位置。而所述穿入管一方面用来缠绕金属丝网，另一方面其内部用来穿入所述双包层光纤。本实施例中的穿入管采用石英管。
18.本结构中，所述封装壳体内部腔体为循环水通道，所述穿入管位于循环水通道内，在实际工作中，将进水管和出水管分别接入所述进水接口和出水接口，将做好cps的双包层光纤穿入石英管，且双包层光纤上的散光的部分位于石英管的中间，双包层光纤的两端点胶固定，主要是将光纤固定保护区域光纤散光的部分。
19.在封装壳体内通入冷水，将双包层光纤剥除的光所产生的热量带走。而金属丝网缠绕在穿入管上，使得穿入管与封装壳体间变成空间上的疏松多孔结构，这样cps散射光不
会直接射到水道内壁，而是在金属丝网中多次充分的反射，让整个光均匀散射到金属丝网和水道内壁上，且大部分光应该是被金属丝网吸收，而金属丝网整个浸泡在冷水中，因此与水的接触十分充分，散热效率非常高，能显著降低金属壳体的发热温度。
20.进一步作为一种优选结构，所述堵头内侧且位于穿入管两端均依次套有金属垫圈06、密封圈05。所述金属垫圈可以防止密封圈在被堵头过度挤压时发生形变挤入水道内，所述堵头一方面用来固定所述穿入管，另一方面防止水道中的泄漏，所述密封圈主要是为了在堵头的挤压作用下，密封圈会与水道内壁及石英管外壁紧密贴合产生密封效果，进一步防止水道中的泄漏。
21.本结构中，所述封装壳体为金属材料。金属封装壳体的作用是将cps散出的光吸收变为热量并传导给冷却水带走。进一步提高散热效率。
22.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，凡在实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高功率包层光剥除器，其特征在于：所述包层光剥除器包括封装壳体和穿入管，所述穿入管位于封装壳体内，所述穿入管和封装壳体之间设有金属丝网，所述封装壳体设有进水接口和出水接口，所述封装壳体两端分别拧入有堵头，所述穿入管两端分别位于对应端的堵头内。2.如权利要求1所述一种高功率包层光剥除器，其特征在于：所述堵头内侧且位于穿入管两端均依次套有金属垫圈、密封圈。3.如权利要求1所述一种高功率包层光剥除器，其特征在于：所述封装壳体为金属材料。

技术总结
本实用新型属于光纤激光器领域，提供了一种高功率包层光剥除器，所述包层光剥除器包括封装壳体和穿入管，所述穿入管位于封装壳体内，所述穿入管和封装壳体之间设有金属丝网，所述封装壳体设有进水接口和出水接口，所述封装壳体两端分别拧入有堵头，所述穿入管两端分别位于对应端的堵头内。本设计在不显著增加封装体积的情况下，显著增加水与金属的接触面积，从而提高散热效率，有效降低壳体温度。有效降低壳体温度。有效降低壳体温度。


技术研发人员：朱鹏 兰根书 王勇 黄光焰
受保护的技术使用者：武汉聚合光子技术有限公司
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/2/9