一种高效率增益光纤水冷散热结构的制作方法

本实用新型涉及光纤散热领域，具体涉及一种适用于高功率光纤激光器的增益光纤水冷散热结构。

背景技术：

高功率光纤激光器是近几年发展起来的一种比较新型的激光器，具有转换效率高、光束质量好等优点，在工业加工、科研及军事领域有着广泛的应用。其中，增益光纤是高功率光纤激光器不可缺少的部分，高功率光纤激光器工作时，增益光纤中传输的激光能量比较大，会产生大量热量，使增益光纤纤芯和光纤包层烧坏，继而影响激光出光功率及稳定性，甚至造成激光器烧坏。

目前，针对高功率光纤激光器的散热方案，最常见的是将增益光纤盘绕在通水的冷却板上进行散热，通过热传导的方式将增益光纤中的热量传导到冷却板上，冷却板内部的冷却液循环带走热量；另一种散热方案是将增益光纤盘绕在背部有散热齿片的冷却板上进行强迫风冷散热。

其中，将增益光纤盘绕在通水的冷却板上进行散热的冷却方案存在很多弊端，尤其当使用的增益光纤长度过长时，需要增大光纤盘绕板的体积，从而使激光器体积变大。另外，这种散热方法只能对光纤的部分表面进行直接接触并传导冷却，冷却效率低，且适应范围有限，对于高功率的激光器，由于其在工作过程中会产生大量的热，这种冷却方案会直接影响激光器工作的稳定性。

此外，将增益光纤盘绕在背部有散热齿片的冷板上进行强迫风冷散热的冷却方方式也存在散热结构体积大、重量大、散热效率低等缺陷。

技术实现要素：

为了改善高功率光纤激光器的输出功率及工作稳定性，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可显著提高高功率光纤激光器中，增益光纤的散热效率且总体体积小、重量轻的散热结构。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高效率增益光纤水冷散热结构，包括顶部光纤盘绕板、表面设有光纤安装槽的底部光纤盘绕板；所述顶部光纤盘绕板上设有至少一个顶部光纤出入口，所述顶部光纤盘绕板底面设有可盘绕光纤的顶部光纤安装槽；所述底部光纤盘绕板与顶部光纤盘绕板之间可形成密封的第一储水腔，所述第一储水腔腔体上设有进水通道和出水通道，所述第一储水腔腔体内设有至少一个与底部光纤盘绕板相连接的旋转叶轮。

进一步地，所述底部光纤盘绕板通过光纤安装槽灌胶或安装光纤挡板的方式实现与增益光纤的固定安装，所述光纤挡板上设有若干泄水孔，所述光纤挡板通过螺钉与底部光纤盘绕板连接固定。

作为优选，所述第一储水腔上的进水通道与出水通道上分别设有可拆卸快插接头

作为优选，所述顶部光纤出入口通过光学胶密封，所述顶部光纤安装槽通过灌胶的方式与增益光纤固定安装；所述旋转叶轮中的叶轮通过叶轮转轴与底部光纤盘绕板安装固定。

进一步地，所述顶部光纤盘绕板与底部光纤盘绕板之间通过螺钉紧固连接，所述顶部光纤盘绕板与底部光纤盘绕板之间设有用于密封第一储水腔的密封圈。

作为优选，所述表面设有光纤安装槽的底部光纤盘绕板的数量为多个，相邻的底部光纤盘绕板之间相互连接并形成密闭的第二储水腔，设置于顶部光纤盘绕板与最后一个底部光纤盘绕板之间的多个底部光纤盘绕板上分别设有至少一个底部光纤出入口。

进一步地，所述相邻的底部光纤盘绕板之间通过螺钉紧固连接，且相邻的底部光纤盘绕板之间设有用于密封第二储水腔的密封圈。

作为优选，相邻的底部光纤盘绕板之间所形成的第二储水腔腔体上，分别设有进水通道和出水通道，所述进水通道与出水通道上分别设有可拆卸快插接头。

作为优选，设置于顶部光纤盘绕板与最后一个底部光纤盘绕板之间的多个底部光纤盘绕板的底面上分别设有用于盘绕光纤的背面光纤安装槽。

作为优选，相邻的底部光纤盘绕板之间所形成的第二储水腔腔体内，设有至少一个旋转叶轮。

本实用新型同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、本实用新型所述的高效率增益光纤水冷散热结构中，通过将增益光纤分别盘绕设置于顶部光纤盘绕板以及底部光纤盘绕板上，有效减少了单个光纤盘绕板的体积；同时，在由顶部光纤盘绕板与底部光纤盘绕板所形成的第一储水腔体内设置旋转叶轮，并通过设置于第一储水腔腔体上的进水通道引入冷却液，冷却液推动叶轮旋转，叶轮旋转使得储水腔体内的冷却液充分搅拌混合，加速循环流动，实现直接浸泡于冷却液中的增益光纤进行高效循环散热。

2、本实用新型所述的高效率增益光纤水冷散热结构中，所述底部光纤盘绕板的数量可设置为多个，以满足对不同长度增益光纤的进行散热的需求，当所述底部光纤盘绕板为多个时，通过在多个底部光纤盘绕板的背面设置背面光纤安装槽，可以进一步减小增益光纤散热结构的总体体积。

3、本实用新型所述的高效率增益光纤水冷散热结构中，当所述底部光纤盘绕板的数量为多个时，通过在相邻两个底部光纤盘绕板所形成的第二储水腔腔体上设置进水通道和出水通道，可以实现增益光纤的多级循环散热，散热效果好。

4、本实用新型所述的散热结构可以实现高功率光纤激光器中，增益光纤的高效散热，且结构紧凑，可以有效减少光纤绕盘板体积，适用于多种高功率光纤激光器，且具有可靠性及稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1所述的高效率增益光纤水冷散热结构示意图。

图2为本实用新型实施例2所述的高效率增益光纤水冷散热结构示意图。

图3为本实用新型实施例所述底部光纤盘绕板的结构示意图。

图4为本实用新型实施例所述光纤挡板的结构示意图。

标号说明：1、顶部光纤盘绕板；11、顶部光纤安装槽；12、顶部光纤出入口；2、底部光纤盘绕板；21、光纤安装槽；22、密封槽；3、密封圈；4、螺钉；5、旋转叶轮；51、叶轮；52、叶轮转轴；6、光纤挡板；61、泄水孔；7、进水通道；8、出水通道；9、快插接头。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例1：如图1、图3、图4所示：一种高效率增益光纤水冷散热结构，包括顶部光纤盘绕板1、上表面设有光纤安装槽21的底部光纤盘绕板2，所述顶部光纤盘绕板1上设有至少一个顶部光纤出入口12，所述顶部光纤盘绕板1底面设有用于盘绕光纤的顶部光纤安装槽11，所述顶部光纤盘绕板1与底部光纤盘绕板2之间密封连接形成第一储水腔，所述第一储水腔腔体上设有进水通道7和出水通道8，所述第一储水腔腔体内设有至少一个与底部光纤盘绕板2相连接的旋转叶轮5。

具体地，所述底部光纤盘绕板2的结构如图3所示。在本实施例1中，所述进水通道7和出水通道8可设置于顶部光纤盘绕板1的侧壁上或设置于底部光纤盘绕板2的侧壁上，所述进水通道7和出水通道8上分别设有可拆卸快插接头9，用于冷却液的导入与输出。

进一步地，如图3所示，所述底部光纤盘绕板2上设有密封槽22，所述顶部光纤盘绕板1与底部光纤盘绕板2通过设置于密封槽22内的密封圈3实现密封连接，所述顶部光纤盘绕板1与底部光纤盘绕板2通过紧固螺钉4（例如：内六角螺钉）实现固定安装。

进一步地，在本实施例1中，所述旋转叶轮5的数量大于等于2，均匀分布于底部光纤盘绕板2上。在装配过程中，所述旋转叶轮5中叶轮52通过叶轮转轴51与底部光纤盘绕板2安装固定。作为优选，在叶轮52与叶轮转轴51之间可增设轴承，以减少叶轮52在旋转过程中的转动阻力。

进一步地，本实施例1中，所述顶部光纤盘绕板上1的顶部光纤出入口12通过光学胶密封，避免第一储水腔漏水，所述顶部光纤安装槽11通过灌胶的方式与增益光纤固定安装；所述底部光纤盘绕板2通过光纤安装槽21灌胶或安装光纤挡板6的方式实现与增益光纤的固定安装，所述光纤挡板6上设有若干形状均匀或不均匀的圆形或异型泄水孔61，所述光纤挡板6通过螺钉与底部光纤盘绕板2连接固定。

本实施例1中，顶部光纤安装槽11内盘绕设置的增益光纤以及光纤安装槽21内盘绕设置的增益光纤为连续相接的。在安装时，从顶部光纤出入口12引入和引出。

实施例2：如图2所示，一种高效率增益光纤水冷散热结构，与实施例1的区别在于，所述表面设有光纤安装槽21的底部光纤盘绕板2的数量为多个，相邻的底部光纤盘绕板2之间相互连接并形成密闭的第二储水腔，设置于顶部光纤盘绕板1与最后一个底部光纤盘绕板2之间的多个底部光纤盘绕板上分别设有至少一个底部光纤出入口。

其中，相邻的底部光纤盘绕板2之间通过螺钉紧固连接，且相邻的底部光纤盘绕板2之间设有用于密封第二储水腔的密封圈。

进一步地，在本实施例2中，增益光纤与各个第二储水腔中的底部光纤盘绕板上光纤安装槽的固定方式同实施例1。

本实施例2中，所述的底部光纤出入口除了具有光纤的穿入功能外，还具有引流的作用，可将第一储水腔内的冷却液逐层引入至各个第二储水腔内，实现不同第二储水腔内增益光纤的冷却、散热。

实施例3：如图2所示，一种高效率增益光纤水冷散热结构，与实施例2的区别在于，相邻的底部光纤盘绕板2之间所形成的第二储水腔腔体上，分别设有进水通道7和出水通道8，所述进水通道7与出水通道8上分别设有可拆卸快插接头9。

其中，所述第二储水腔上进水通道7以及出水通道8的设置，可以进一步提高第二储水腔内增益光纤的循环冷却效果。

实施例4：如图2所示，一种高效率增益光纤水冷散热结构，与实施例2的区别在于，设置于顶部光纤盘绕板1与最后一个底部光纤盘绕板之间的多个底部光纤盘绕板2的底面上分别设有用于盘绕光纤的背面光纤安装槽。其中，所述背面光纤安装槽的设置，可以进一步减少所需装配的底部光纤盘绕板数量，继而减小增益光纤水冷散热结构的体积大小。

作为优选的实施方式：在本实施例2、实施例3、实施例4所述的增益光纤水冷散热结构中，为了进一步提高增益光纤的散热效率，还可以在各个第二储水腔内设置旋转叶轮，其具体结构设置同实施例1。

本实施例1至4所述的增益光纤水冷散热结构，尤其适用于高功率光纤激光器，且结构设置紧凑合理，可以有效改善现有高功率光纤激光器中，散热结构体积大、增益光纤散热效率低，光纤激光器输出功率低、工作不稳定的问题。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。