[发明专利]一种高重频飞秒脉冲压缩器毛细管光纤低震动水冷装置

说明书

本发明提供的一种高重频飞秒脉冲压缩器毛细管光纤低震动水冷装置，用于冷却高功率毛细管光纤飞秒脉冲压缩器光纤端面,所述装置包括安装槽、水冷套，水冷套安装于安装槽，并通过安装槽固定安装，水冷套包括水冷套管和扰流件，扰流件包括中间轴和中间轴的外壁设置的若干扰流鳍片，中间轴上轴向设置一光纤安装孔，扰流鳍片与水冷套管的内壁预留腔室容纳导热流体，且腔室连通导热流体的进口和出口。本发明的一种高重频飞秒脉冲压缩器毛细管光纤低震动水冷装置，实现减震的端面冷却装置，达到抑制高频率冷却振动的飞秒脉冲压缩器毛细管端面水冷。

技术领域

本发明涉及飞秒脉冲压缩器冷却技术领域，具体涉及一种高重频飞秒脉冲压缩器毛细管光纤低震动水冷装置。

背景技术

超快飞秒激光具有窄脉宽、高强度等特性，在与材料作用过程中可以减少反应时间、热效应等因素的影响，利用飞秒激光激发材料的光学非线性，可以更好的应用于超分辨成像、光限幅和超快光学器件等领域。超快飞秒激光的优势性能随着脉冲持续时间变短导致脉冲时间分辨率提高而进一步提高。然而目前，超快飞秒激光腔外压缩主要通过在充有惰性气体的毛细管光纤中进行自相位调制展宽光谱并结合啁啾补偿实现。脉冲宽度越窄这些优势会越显著。因此需要将长脉冲压缩到短脉冲，空芯毛细管压缩器的作用是将飞秒脉冲从长脉冲压缩到短脉冲，例如从45fs转换为10fs。空芯毛细管压缩器在耦合过程能量损耗转化为热量造成生热。

空芯光纤是超强超快激光领域中应用最广泛的波导结构之一，得益于其内部中空的结构，空芯光纤可以大幅减小超短脉冲对光纤的损伤，使其能够传输的脉冲峰值功率远高于传统石英光纤,同时其波导结构又显著增加了非线性相互作用的距离。不仅如此，通过调整空芯光纤内部充入的气体或液体，可以非常方便的定制期望得到的色散和非线性极化特性，所以自空芯光纤诞生以来，已经被应用在超短脉冲波长转换[1]，真空紫外辐射产生[2]，时空自压缩，高次谐波产生[3]等诸多领域。而高功率、高重频飞秒激光在空心光纤端面耦合时，由于耦合损耗造成空心光纤端面产生无用热积累，从而造成空心光纤端面损坏降低耦合效率影响脉冲压缩。然而目前光纤水冷装置大部分都是以水冷板为基础结构(中国实用新型专利CN214124306U)。飞秒脉冲压缩器的主体是一种特殊的空心光纤——毛细管。毛细管弯曲损耗较大运用时不能弯曲，已有的水冷板结构仅适用于可弯曲的光纤，不适用于不可弯曲的毛细管光纤,不能直接运用在此场景中。以毛细管作为主体的飞秒脉冲压缩器需要通过空间光路耦合，耦合端面是热累积最严重的位置。同时毛细管中由于模式耗散并不需要整体冷却和已有的水冷方案的要求不统一，而现有技术中的水冷装置只能水冷整个光纤不能对于端面进行特定的冷却(中国发明专利申请CN111082289A)。已有的水冷流道设计主要以最大化冷却性能为主。但是最大化冷却效率时没有考虑冷媒流动引起振动对于系统稳定性的影响。特别的空间光路耦合的毛细管压缩器对于振动十分敏感。现有装置对于水冷冷媒流动引起震动没有进行特殊设计，而需要空间光路耦合的毛细管压缩器的稳定运行需要避免震动。

因此，如何解决高功率飞秒激光脉冲压缩器因耦合损耗引起的热积累问题，在抑制冷媒流动引起的高频率振动的同时实现耦合端面的冷却，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中的问题，提供一种高重频飞秒脉冲压缩器毛细管光纤低震动水冷装置。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种高重频飞秒脉冲压缩器毛细管光纤低震动水冷装置，用于冷却高功率毛细管光纤飞秒脉冲压缩器光纤端面,其特征在于：所述装置包括安装槽、水冷套，水冷套安装于安装槽，并通过安装槽固定安装，水冷套包括水冷套管和扰流件，扰流件固定安装在水冷套内，扰流件包括中间轴和中间轴的外壁设置的若干扰流鳍片，中间轴上轴向设置一光纤安装孔，扰流鳍片与水冷套管的内壁预留腔室容纳导热流体，且腔室连通导热流体的进口和出口，并在进口和出口按照流场雷洛数放置扰流丝，其中扰流丝设置在导热流体流通方向的垂直方向。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：