[实用新型]基于水冷和浸入式相变液冷的光纤激光冷却装置

说明书

本实用新型公开了一种基于水冷和浸入式相变液冷的光纤激光冷却装置，包括基底水冷板和盖板水冷板；基底水冷板的上表面设置有放置被灌封胶覆盖的光纤激光器器件和低沸点液体的凹槽；基底水冷板的侧面设置有低沸点液体注液口和低沸点液体排液口；低沸点液体注液口和低沸点液体排液口与凹槽连通；基底水冷板的侧边沿设置有光纤输入输出预留孔；盖板水冷板与凹槽密封连接；盖板水冷板的内部设置有冷却水流动的第一密封空间；盖板水冷板上设置有盖板水冷板冷却水入口和盖板水冷板冷却水出口；盖板水冷板冷却水入口和盖板水冷板冷却水出口与第一密封空间连通。本实用新型能够实现光纤激光器器件各个发热面的全方位冷却。

技术领域

本实用新型属于光纤激光器技术领域，涉及一种基于水冷和浸入式相变液冷的光纤激光冷却装置。

背景技术

高功率光纤激光器在激光切割、激光熔覆、3D打印和智能制造等领域有着广泛的应用。近年来，随着双包层光纤制作工艺和高亮度半导体激光器的功率提升，单路高功率光纤激光输出功率得到了飞速的发展，从21世纪初的100瓦提高到目前的20千瓦。由于高功率掺镱光纤激光器的光效率一般在65％-85％，一台1000瓦的光纤激光器，在掺杂光纤内部有150-350瓦的热量存在。

美国劳伦斯-利福摩尔实验室研究人员Dawson等人指出，当掺杂光纤内部的热累积到一定程度时，掺杂光纤会发生纤芯融化(参见Dawson J W,Messerly M J,Beach R J,et al.Analysis of the scalability of diffraction-limited fiber lasers andamplifiers to high average power[J].Opt.Express.2008,16:13240-13266.)。除了掺杂光纤的量子亏损外，由于模式不匹配导致的功率泄漏，也会使得非掺杂传能光纤(后文简称传能光纤)内部热量积累以至烧毁光纤；由于熔接损耗导致激光泄漏，熔点(包括掺杂光纤与掺杂光纤之间、掺杂光纤与传能光纤之间、传能光纤与传能光纤之间的熔点)热量的急剧累积也会导致光纤烧毁。因此，光纤内部的热效应是阻碍光纤激光功率提升的限制因素。为了提高光纤激光输出功率，必须采用有效的措施对光纤激光进行冷却。

当前，为了解决高功率光纤激光器的制冷，主要有两类方法：一类是将增益光纤放置在特定设计的制冷装置中，通过热传导将增益光纤的热量传导到冷却装置，然后由冷却装置内部的液体冷却回路导走，该类冷却方法只能对光纤的部分表面进行直接接触和传导冷却，冷却效率不是非常高；另一类是将增益光纤全部直接浸泡在水中，由于水中氢氧根离子直接与增益光纤接触，随着时间的增加，会导致光纤损耗增加，从而影响激光器输出功率和稳定性。此外，上述两类制冷方法中，大都只强调增益光纤本身的制冷，对于光纤光栅、包层光滤除器和合束器等其他高功率器的制冷，要么涉及不多，要么只能是单面传导冷却；实际上，激光器中除了增益光纤以外，各个光纤器件和光纤之间的熔接点，都可能发热且影响激光器的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于水冷和浸入式相变液冷的光纤激光冷却装置，该装置能够实现光纤激光器器件各个发热面的全方位冷却。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案实现：

一种基于水冷和浸入式相变液冷的光纤激光冷却装置，所述光纤激光冷却装置包括基底水冷板1和盖板水冷板2；

所述基底水冷板1的上表面设置有用于放置被灌封胶1-8覆盖的光纤激光器器件和低沸点液体1-9的凹槽1-2；所述基底水冷板1的侧面设置有低沸点液体注液口5和低沸点液体排液口6；所述低沸点液体注液口5和低沸点液体排液口6与所述凹槽1-2连通；所述基底水冷板1的侧边沿设置有光纤输入输出预留孔1-10；

所述盖板水冷板2与所述凹槽1-2密封连接；所述盖板水冷板2的内部设置有冷却水流动的第一密封空间；所述盖板水冷板2上设置有盖板水冷板冷却水入口7和盖板水冷板冷却水出口8；所述盖板水冷板冷却水入口7和盖板水冷板冷却水出口8与所述第一密封空间连通。