[发明专利]一种具有流体冷却的光纤耦合器装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种具有流体冷却的光纤耦合器装置。

背景技术

高功率光纤激光器中元器件的散热技术逐渐成为影响激光器的一个关键因素，而光纤耦合器的散热也直接影响激光器的功率输出水平，如何设计一个导热性较好的光纤耦合器成为工程系统延伸的一个关键技术。目前，在耦合器制作和加工方向，加拿大ITF公司一直领先，发表了多篇关于光纤耦合器制作方法和使用方法的专利，一篇名为《optical fiber component package for high power dissipation》，专利号US7373070B2。文章详细说明了ITF公司将耦合器输入和输出光纤进行隔热包裹处理，将耦合器两端固定在封装外壳上，使用此方法的耦合器耦合区将悬空在封装壳内，避免与封装壳内部直接接触，但使用此方法也会导致因耦合区瞬间积蓄的散热无法有效导出，对于系统的稳定性效果不明显。同时，固定在封装壳上的输出和输入光纤因振动会直接引起耦合区内熔融的耦合光纤产生振动，给系统带来一定的危险性。与此同时，国内耦合器的发展因设备和技术的缺失致使进步较为缓慢，掌握耦合器制作技术的公司和科研单位更寥寥无几。基于现状，本发明设计了一种流体冷却的高功率光纤耦合器装置，这种装置可以有效避免由于光纤耦合器中耦合区域光纤涂覆层材料耐受温度能力差导致的光纤热致损伤。这种新型光纤耦合器冷却处理装置采用流体折射率匹配散热技术，其特征在于：进入冷却区内的流体与光纤耦合区直接接触且在冷却区中形成很强的对流效果，起到直接对光纤耦合器光纤耦合区冷却处理的作用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够避免光纤热致损伤的具有流体冷却的光纤耦合器装置。

根据本发明的具有流体冷却的光纤耦合器装置，包括：冷却液通道、冷却区、光纤耦合区、封装材料和冷却液，其中，所述封装材料构成的所述冷却区，所述光纤耦合区处于所述冷却区中，所述封装材料中留有所述冷却液通道，通过对冷却液通道内输入冷却液流入所述冷却区，进入所述冷却区内的冷却液与所述光纤耦合区直接接触，起到对流冷却作用。

在本发明的一个实施例中，还包括：湍流发生器，所述湍流发生器位于所述冷却区中，用于使所述冷却液在所述冷却区中湍流流动。湍流流动相比层流流动能够跟好地进行对流换热。

在本发明的一个实施例中，所述冷却液通道与所述冷却区直接联通。

在本发明的一个实施例中，所述冷却液具有高的导热率。高的导热率能够在较短时间内达到热交换平衡，具有较强的对流换热能力。

在本发明的一个实施例中，所述冷却液与所述光纤耦合区内待冷却的耦合光纤的折射率匹配。折射率匹配能够减少光的全反射现象而带来的光能量耗散。

在本发明的一个实施例中，所述封装材料具有高的导热率。封装材料也可进一步将冷却液的热量向环境中散热，故优选封装材料具有高的导热率。

在本发明的一个实施例中，所述封装材料具有小的弹性挤压形变率。由于冷却液在与所述光纤耦合区中的耦合光纤进行热交换的前后会有较大温度变化，并伴随着体积变化，故要求封装材料具有小的弹性挤压形变率，才能保证基本不变形。

本发明设计的一种流体冷却的高功率光纤耦合器装置，这种装置通过流体折射率匹配散热技术可以有效避免由于光纤耦合器中耦合区域光纤涂覆层材料耐受温度能力差导致的光纤热致损伤。通过使用这种光纤耦合器冷却处理装置，构成装置的封装材料可以使得耦合区具有良好散热性，同时通过冷却区内的冷却液直接作用于耦合光纤且产生很强的对流换热效果，使得不会对光纤内传导的光能量产生任何影响。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的具有流体冷却的光纤耦合器装结构原理图；

图2为本发明另一个实施例的具有流体冷却的光纤耦合器装结构原理图。

其中，1表示冷却液通道，2表示冷却区，3表示光纤耦合区，4表示封装材料，5表示湍流发生器，6表示冷却液。

具体实施方式