1.本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种光纤冷却器及其制备方法。
背景技术：
2.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，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
3.光纤激光器应用范围非常广泛，已在激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、医疗器械仪器设备、大型基础建设等领域得到广泛应用。
4.作为第三代激光技术的代表，光纤激光器具有其他激光器无可比拟的技术优越性。相比传统固体激光器，全光纤化脉冲激光器具有体积小、寿命长、高亮度、高转换效率(每瓦泵浦光转换效率提高10倍以上)、高输出光束质量，易于小型化结构系统集成等一系列优点：光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，可大大避免由于结构变形(机械和热)所造成的光束质量改变，具有免调节、免维护、高稳定性的优点；光纤激光器玻璃光纤具有高的表面积和体积比值，热控管理容易，比一般激光器的耐热性能好；ld泵浦的高功率光纤激光器在获得高功率和高效率的同时可获得高光束质量，使激光亮度大大提高，并且易于小型化。高功率光纤激光器一般通过主振荡功率放大(master oscillator power amplifier，mopa)技术方案实现，采用mopa放大的光纤激光器，可通过调节种子光控制激光器输出参数，从而获得相应的脉冲参数。
5.对于高平均功率窄脉宽脉冲光纤激光器一般采用多级光纤放大器实现，整机系统结构相对比较复杂，元器件数量较多，其中泵浦ld(千瓦及万瓦级通常可由数十个组成)和有源光纤是最主要的发热器件，光纤水冷板作为全部光纤器件的固定和散热支撑，随着万瓦级高功率光纤激光器在民用领域的日益普及，轻质量、小体积、低功耗作为水冷板的设计标准提出了更高的要求。
6.光纤水冷板的传统结构形式主要包括水道式(深孔加工)、蛇形平板焊接式、蛇形平板铸造式、简单水道铣削焊接式等，但体积和重量都比较笨重，散热效率不高，无法进行器件精细化热管理，适用于要求不太高的场合。
技术实现要素：
7.本发明实施例提供一种光纤冷却器及其制备方法，用以提出一种改进结构的光纤冷却器，实现缩小光纤水冷板体积、减轻重量，提高水冷散热效率。
8.第一方面，本发明实施例提供一种光纤冷却器，包括：基础框架和水冷板；
9.所述水冷板设置在所述基础框架上，所述水冷板与所述基础框架之间形成腔体；
10.所述腔体内设置有冷却区和换热区，所述水冷板远离所述腔体的表面上设置有与
所述冷却区对应的光纤器件；
11.所述冷却区与所述换热区内充有冷却液，在工作状态下，所述换热区与所述冷却区进行冷却液交换，以实现对所述光纤器件的冷却。
12.可选的，所述换热区按照预设规则布置有散热组件；
13.所述预设规则至少包括如下之一：串联、并联和串并联结合。
14.可选的，所述散热组件至少包括如下之一或组合：强化肋片、整流槽和紊流柱；
15.所述紊流柱与所述冷却液的接触面呈水滴形、椭圆形或圆形。
16.可选的，包括两块所述水冷板，两块所述水冷板分别设置在所述基础框架的两侧。
17.可选的，在所述基础框架的预设位置设置有光纤器件预埋点，所述光纤器件预埋点用于与所述水冷板固接以加强所述水冷板的强度。
18.可选的，所述水冷板远离所述腔体的表面上按照预设参数开设有至少一个光纤散热槽，所述光纤散热槽用于对按照预设方向放置于其内的光纤进行散热。
19.第二方面，本发明实施例提供一种光纤冷却器的制备方法，包括：
20.按照预设结构参数分体加工基础框架和水冷板；
21.根据预设焊接参数将所述水冷板焊接到所述基础框架上；
22.根据光纤槽技术参数，在所述水冷板上加工光纤散热槽。
23.可选的，根据预设焊接参数将所述水冷板焊接到所述基础框架上，包括：
24.根据预设焊接参数利用搅拌摩擦焊接沿预留焊缝分次将所述水冷板焊接到所述基础框架上，且在每次焊接后进行时效保温处理；
25.其中所述预设焊接参数包括：
26.预焊焊速范围为200～300mm/min，时效保温3～4h；
27.中焊焊速范围为100～200mm/min，时效保温4～6h；
28.终焊焊速范围为80～100mm/min，时效保温6～8h。
29.可选的，根据预设焊接参数将所述水冷板焊接到所述基础框架上之后，所述方法还包括：
30.按照预设温度对焊接后的水冷板进行指定次数的时效保温处理；以及，
31.在每次时效保温处理之后按照预设加工量对水冷板进行精加工处理；
32.其中，所述指定次数为4-6次，所述预设温度为不高于150℃，时效保温处理时长6～8h。
33.可选的，按照预设结构参数分体加工基础框架和水冷板，包括：
34.在所述基础框架的散热区加工预设规则布置的散热组件。
35.本发明实施例将水冷板设置在所述基础框架上，水冷板与基础框架之间形成腔体，腔体内设置有冷却区和换热区，由此实现改进光纤冷却器的结构，缩小光纤水冷板体积、减轻重量，提高水冷散热效率。
36.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
37.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
38.图1为本发明第一实施例光纤冷却器分解结构示意图；
39.图2为本发明第一实施例基本框架放大示意图；
40.图3为本发明第一实施例散热组件串联的一种实施方式；
41.图4为本发明第一实施例散热组件串联的另一种实施方式；
42.图5为本发明第一实施例散热组件并联的一种实施方式；
43.图6为本发明第一实施例散热组件并联的另一种实施方式；
44.图7为本发明第一实施例散热组件并联的另一种实施方式；
45.图8为本发明第一实施例散热组件串并联的一种实施方式；
46.图9为本发明第一实施例散热组件的圆柱形紊流柱结构示意图；
47.图10为本发明第一实施例散热组件的强化肋条结构示意图；
48.图11为本发明第一实施例散热组件的水滴形、椭圆形紊流柱结构示意图；
49.图12为本发明第一实施例光纤散热槽剖视图。
具体实施方式
50.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
51.实施例一
52.本发明第一实施例提供一种光纤冷却器，如图1所示，包括基础框架1和水冷板2；
53.所述水冷板2设置在所述基础框架1上，所述水冷板2与所述基础框架1之间形成腔体；
54.所述腔体内设置有冷却区和换热区，所述水冷板2远离所述腔体的表面上设置有与所述冷却区对应的光纤器件；
55.所述冷却区与所述换热区内充有冷却液，在工作状态下，所述换热区与所述冷却区进行冷却液交换，以实现对所述光纤器件的冷却。
56.具体的说，本实施例中将水冷板2设置在基础框架1上，具体的设置方式可以是固接，例如采用焊接的方式将水冷板2焊接在基础框架1上。基础框架1可以通过机械铣削获得。由此本发明采用分层设计，为保证良好热接触和安装精度，水冷板2的材质可以为导热系数高的紫铜或铝合金，与光纤接触的安装面应足够光滑，无毛刺，保持足够的加工精度(表面粗糙度ra不大于1.6μm)以免对光纤造成损伤。光纤器件，例如泵浦ld和增益光纤，其对应的安装面应保持足够的加工精度(表面粗糙度ra不大于0.8μm，平面度不大于0.03)，以便热量快速有效传递至水冷板2外部；光纤发热器件与水冷板2之间可以通过添加专用光纤导热胶等柔性导热物质降低接触热阻。
57.出于经济性、加工性和使用考虑，水冷板2材质一般为铝合金，当水冷板2材质为防
锈铝(如5a02、5a06)时，可以采用本色阳极氧化处理，以增强焊接性和使用寿命；当水冷板2材质为其他铝合金(如6061、2a12等)时，需进行镀镍、镀锌等防锈处理，避免水道腐蚀，以增强使用寿命；水冷板2材质亦可为其他导热性好的其他金属。
58.水冷板2与基础框架1之间形成腔体，腔体内设置有冷却区和换热区，由此实现改进光纤冷却器的结构，缩小光纤水冷板体积、减轻重量，提高水冷散热效率。
59.可选的，所述换热区按照预设规则布置有散热组件5；
60.所述预设规则至少包括如下之一：串联、并联和串并联结合。
61.可选的，所述散热组件5至少包括如下之一或组合：强化肋片、整流槽和紊流柱；
62.所述紊流柱与所述冷却液的接触面呈水滴形、椭圆形或圆形。
63.本实施例中换热区的散热组件5的布置规则可以有多种方式，如图3-8所示，可以是串联、并联和串并联结合，实际中可根据具体器件散热要求进行不同方式排布和优化。在本实施例中，通过在发热器件水冷换热区域位置增加散热组件强化通道，对整体及各器件水冷流量和压力进行不同的精密调节、控制和强化，满足光纤器件不同的散热要求。对于本实施例，如图9-11所示，散热组件强化通道措施可以包括肋片、圆柱、水滴形凸台、椭圆台、整流槽等方式。散热组件强化通道措施可进一步集中控制液体流速、压力，提高换热系数和冷却效率。例如在图1中，作为实施例之一，在满足流量的前提下，为降低核心器件泵浦ld温差和提高工作可靠性，采用了串并联方式，以最大程度降低阵列ld温差，在实施例中取得良好效果。
64.可选的，包括两块所述水冷板2，两块所述水冷板2分别设置在所述基础框架1的两侧。
65.在一些可选的实施方式中，可以在基础框架1的两侧分别固接水冷板2，例如可以在基础框架1的两个相对的大表面分别固接水冷板2，然后在两块水冷板2上分别设置不同的光纤器件，例如泵浦ld和增益光纤。也即本实施例中可以将泵浦ld设置在一块水冷板2上，增益光纤布置在另一块水冷板2上，采用三明治结构可以达到良好的散热效果。
66.可选的，在所述基础框架1的预设位置设置有光纤器件预埋点3，所述光纤器件预埋点3用于与所述水冷板固接以加强所述水冷板的强度。
67.在一些可选的实施方式中，光纤器件预埋点3设计可以为圆柱体凸台，圆柱体凸台与基础框架1安装面一体制成，位于水冷板2上表面的器件固定点预留高度比水冷焊接板误差控制
±
0.02mm，以便焊接受压两者紧密接触。圆柱体凸台和光纤安装面焊接板焊接加固后一体成型，满足光纤器件固定同时增强水冷板内部强度。
68.可选的，所述水冷板远离所述腔体的表面上按照预设参数开设有至少一个光纤散热槽4，所述光纤散热槽用于对按照预设方向放置于其内的光纤进行散热。
69.在一些可选的实施方式中，可以通过机械铣削方式，按光纤槽的技术要求(弯曲半径、光纤长度、槽深、形状)等参数在水冷板位置加工满足安装精度要求的光纤散热槽4，有源光纤按照预定方向放置于光纤散热槽4内，通过特定导热胶进行光纤表面涂覆固定，最后有源光纤热量通过水冷板薄薄传导给冷却液体带走，本实施例将光纤槽平面化处理，相比光纤竖直圆筒散热方式，可进一步降低传热热阻，减小温度梯。
70.本实施例中，光纤散热槽4应保持足够的加工精度(表面粗糙度ra不大于0.8μm，槽深和宽度精度为
±
0.02mm)，表面无毛刺，以免对光纤造成损伤和良好热接触及时将热量带
走，本实施例光纤散热槽4的形状可以是u形圆弧槽或v形槽，u形圆弧槽相比v形槽通过胶粘固定配合可减少安装应力，保证光学质量。
71.作为实施例之一，300w光纤水冷板长度300mm，宽度250mm，水冷板上下光纤安装面设计3mm，焊接后可承受5kgf水压，变形量小于0.02mm；作为实施例之一，5000w水冷板长度1500mm，宽度500mm,水冷板上下光纤安装面设计5mm，焊接后可承受5kgf水压，变形量小于0.02mm；泵浦ld水道下方均采用1mm肋片强化通道，水道粗糙度ra不大于1.6μm，两实施例均满足光纤激光器使用要求。
72.综上，本发明解决了光纤水冷板的轻量化和高效散热问题。相比传统和其它光纤水冷板方案，本发明方案可极大减少水冷板重量、体积和功耗、实现高功率光纤水冷板的轻量化，大大提高冷却散热效率，实现光纤发热器件的精确化热管理，同时机械结构牢固可靠、加工便利，可广泛应用于各类民用，尤其是高功率光纤水冷、气冷激光器领域，具有非常好的工程应用价值。
73.实施例二
74.本发明第二实施例提供一种光纤冷却器的制备方法，包括：
75.s10、按照预设结构参数分体加工基础框架和水冷板；
76.s20、根据预设焊接参数将所述水冷板焊接到所述基础框架上；
77.s30、根据光纤槽技术参数，在所述水冷板上加工光纤散热槽。
78.可选的，按照预设结构参数分体加工基础框架和水冷板，包括：
79.在所述基础框架的散热区加工预设规则布置的散热组件。
80.在本实施例中，光纤冷却器的加工包括以下步骤：分体加工、焊接、整形、成型。具体的水冷板加工：
81.基础框架和水冷板可以通过机械精密加工各自一体机械铣削而成。基础框架加工包括安装面板、预留焊接点(圆柱和圆台)和光纤器件固定点预埋点(圆柱)、焊接四周框架，为保证强度和加工便利，基础框架加工可以采用一体机械铣削而成，如采取分层焊接可进一步降低材料成本，大批量制造时可采用此种方法。水冷基础框架嵌入深度相比水冷焊接板高0.1～0.2mm，以保证后续焊接两者紧密接触；水冷板四周应预留不小于50mm的焊接压边余量，便于焊接时零件固定。
82.光纤器件预埋点设计为圆柱体凸台，圆柱体凸台和水冷基础框架安装面一体制成，位于水冷焊接板上表面的器件固定点预留高度比水冷焊接板误差控制
±
0.02mm，以便焊接受压两者紧密接触。圆柱体凸台和光纤安装面焊接板焊接加固后一体成型满足光纤器件固定同时增强水冷板内部强度。
83.在一些可选的实施方式中，可以通过机械铣削方式，按光纤槽的技术要求(弯曲半径、光纤长度、槽深、形状)等参数在水冷板位置加工满足安装精度要求的光纤散热槽4，有源光纤按照预定方向放置于光纤散热槽4内，通过特定导热胶进行光纤表面涂覆固定，最后有源光纤热量通过水冷板薄薄传导给冷却液体带走，本实施例将光纤槽平面化处理，相比光纤竖直圆筒散热方式，可进一步降低传热热阻，减小温度梯。
84.本实施例中，光纤散热槽4应保持足够的加工精度(表面粗糙度ra不大于0.8μm，槽深和宽度精度为
±
0.02mm)，表面无毛刺，以免对光纤造成损伤和良好热接触及时将热量带走，本实施例光纤散热槽4的形状可以是u形圆弧槽或v形槽，u形圆弧槽相比v形槽通过胶粘
固定配合可减少安装应力，保证光学质量。
85.可选的，根据预设焊接参数将所述水冷板焊接到所述基础框架上，包括：
86.根据预设焊接参数利用搅拌摩擦焊接沿预留焊缝分次将所述水冷板焊接到所述基础框架上，且在每次焊接后进行时效保温处理；
87.其中所述预设焊接参数包括：
88.预焊焊速范围为200～300mm/min，时效保温3～4h；
89.中焊焊速范围为100～200mm/min，时效保温4～6h；
90.终焊焊速范围为80～100mm/min，时效保温6～8h。
91.具体的，在一些可选的实施方式中，基础框架和水冷板分体加工完毕后，可以采用搅拌摩擦焊接沿预留焊缝将水冷基础框架和水冷焊接板连接在一起，搅拌摩擦焊相对于普通钎焊、电子束焊接、扩散焊接等方式机械强度好，无外添加焊料，成本低廉，工艺成熟。对于本实施例水冷板焊接参数为：接预留压边不小于3mm，焊缝深度大于板厚，分三次焊接，每次焊接后进行时效处理。预焊焊速保持200～300mm/min，时效保温3～4h；中焊焊速保持100～200mm/min，时效保温4～6h；终焊焊速保持80～100mm/min，时效保温6～8h。
92.可选的，根据预设焊接参数将所述水冷板焊接到所述基础框架上之后，所述方法还包括：
93.按照预设温度对焊接后的水冷板进行指定次数的时效保温处理；以及，
94.在每次时效保温处理之后按照预设加工量对水冷板进行精加工处理；
95.其中，所述指定次数为4-6次，所述预设温度为不高于150℃，时效保温处理时长6～8h。
96.具体的说，在焊接后水冷板由于焊接应力会发生不同程度变形翘曲，应进行时效和校正，以消除焊接应力。实施例时效次数为4～6次，时效温度不高于150℃，保温6～8h，每次时效后，翻转零件进行一次半精加工，加工量为0.1～0.3mm，直至水冷板满足面形精度要求。最后进行最后一次上下表面精加工，加工量为0.04～0.08mm，完成零件成型。
97.本发明解决了光纤水冷板的轻量化和高效散热问题。相比传统和其它光纤水冷板方案，本发明方案可极大减少水冷板重量、体积和功耗、实现高功率光纤水冷板的轻量化，大大提高冷却散热效率，实现光纤发热器件的精确化热管理，同时机械结构牢固可靠、加工便利，可广泛应用于各类民用，尤其是高功率光纤水冷、气冷激光器领域，具有非常好的工程应用价值。
98.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
99.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
100.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质
(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
101.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。