采用微通道水冷的千瓦級(jí)光纖包層功率剝離器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖包層功率剝離器，尤其涉及一種采用微通道水冷的千瓦級(jí)光纖包層功率剝離器。
【背景技術(shù)】
[0002]雙包層光纖激光器是新型光纖激光器發(fā)展的代表，光纖包層功率剝離器是其中重要的器件之一。
[0003]光纖包層功率剝離器(Cladding Power Stripper，簡(jiǎn)稱CPS)具有獨(dú)特的光學(xué)性能，在雙包層光纖激光器/光纖放大器中用于去除包層殘留泵浦光，是從纖芯泄漏到內(nèi)包層中傳輸?shù)腁SE(光源模塊，是專為光纖傳感、光器件測(cè)試設(shè)計(jì)的放大自發(fā)輻射光源)以及信號(hào)光模式的理想器件。光纖包層功率剝離器能夠吸收在雙包層光纖中內(nèi)包層部分傳輸?shù)墓?，雙包層光纖中大的內(nèi)包層數(shù)值孔徑和小的纖芯數(shù)值孔徑波導(dǎo)傳輸?shù)墓舛伎梢员话鼘庸β蕜冸x器“吸收”，而在纖芯中傳輸?shù)男盘?hào)光能夠被很好的保持，包括信號(hào)光功率和光束質(zhì)量因子(M2)。
[0004]這些被吸收的光轉(zhuǎn)化為熱的形式，會(huì)造成器件溫度大幅度升高，進(jìn)而影響CPS器件甚至整個(gè)激光系統(tǒng)的正常工作。因此，CPS的散熱非常重要。
[0005]CPS的傳統(tǒng)散熱技術(shù)方案有二種:一種是間接水冷，如圖1所示，CPS器件的整個(gè)外殼11安裝在冷板13上，冷板13內(nèi)設(shè)有冷卻水通道14，光纖2剝離的熱通過外殼11吸收并傳到冷板13，由冷板13將熱帶走并耗散掉，為了便于理解，圖1中還示出了外殼11內(nèi)部且被光纖2穿過的藍(lán)寶石晶體12 ;另一種是直接水冷，如圖2所示，將封裝光纖2的玻璃管34置于環(huán)形水腔35內(nèi)的冷卻水中，通過水的流動(dòng)將熱帶走并耗散掉，為了便于理解，圖2中還示出了熱沉33 ( —種散熱殼體)，安裝于熱沉33兩端的堵頭30、封堵頭37和橡膠密封圈31，以及設(shè)置于熱沉33本體上的冷卻水入口 32和冷卻水出口 36。
[0006]上述兩種傳統(tǒng)散熱裝置存在以下缺陷:
[0007]第一種，剝離光轉(zhuǎn)換的熱由CPS器件的金屬外殼吸收后傳導(dǎo)到冷板，再由冷板將熱帶走，屬間接散熱，受限于金屬殼體的熱傳導(dǎo)性、冷板的散熱性能、CPS器件與冷板接觸是否良好等，散熱效果差(〈300W剝離功率)；另外，安裝過程中要求通過CPS器件中心線施加壓力以使壓力均勻分布在整個(gè)接觸區(qū)域，并且CPS器件與冷板安裝接觸面對(duì)平整面度和光潔度要求高，以使CPS器件和冷板緊密接觸，加工成本較高，安裝過程繁瑣。
[0008]第二種，因?yàn)槠淞鞯罁Q熱面積體積比小，對(duì)流熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，導(dǎo)致傳熱性能不高(〈500W剝離功率)；密封墊圈受激光輻照一段時(shí)間后老化，造成密封性能下降甚至失效；冷卻水管路接在器件側(cè)面，既零亂又不美觀。
[0009]未來雙包層光纖激光器的發(fā)展方向是進(jìn)一步提高雙包層光纖激光器的性能，如繼續(xù)提高輸出功率，提高光束質(zhì)量等。而隨著光纖激光器輸出功率的提高，CPS剝離的功率也進(jìn)一步增大(達(dá)千瓦級(jí))，產(chǎn)生的熱流密度急劇增加，傳統(tǒng)方式已無法及時(shí)有效地進(jìn)行散熱，為此必須采用新的散熱方式，解決高功率激光器的熱效應(yīng)問題。【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種采用微通道水冷的千瓦級(jí)光纖包層功率剝離器。
[0011]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0012]一種采用微通道水冷的千瓦級(jí)光纖包層功率剝離器，包括熱沉，所述熱沉包括殼體和置于所述殼體內(nèi)的內(nèi)襯，所述殼體上設(shè)有冷卻水入口和冷卻水出口，所述內(nèi)襯的外壁上設(shè)有螺旋形凹槽，所述螺旋形凹槽的兩端分別與所述冷卻水入口和所述冷卻水出口相通連接，所述內(nèi)襯設(shè)有用于光纖穿過的中心通孔。
[0013]上述結(jié)構(gòu)中，熱沉采用分體式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)襯外壁上的螺旋形凹槽使殼體和內(nèi)襯之間形成螺旋形的冷卻水微通道，這種通道與傳統(tǒng)的環(huán)腔水冷通道具有顯著的結(jié)構(gòu)區(qū)別和效果區(qū)別。
[0014]進(jìn)一步，所述冷卻水入口和所述冷卻水出口分別設(shè)于所述殼體上靠近兩端的位置，所述殼體兩端的內(nèi)壁上分別設(shè)有環(huán)形凹槽，兩個(gè)所述環(huán)形凹槽分別與所述冷卻水入口和所述冷卻水出口相通連接且同時(shí)分別與所述螺旋形凹槽的兩端相通連接。環(huán)形凹槽作為冷卻水入口和冷卻水出口分別與螺旋形凹槽兩端之間的緩沖池，具有緩沖冷卻水使其順利、均勻流過螺旋形凹槽的作用。
[0015]為了使冷卻水在各通道中的流速盡量匹配，所述冷卻水入口的截面積略大于所述環(huán)形凹槽的截面積，所述環(huán)形凹槽的截面積略大于所述螺旋形凹槽的總截面積。
[0016]為了進(jìn)一步提高冷卻水在螺旋形凹槽中的流速，所述螺旋形凹槽為多個(gè)且并列設(shè)置于所述內(nèi)襯的外壁上。
[0017]為了使整個(gè)剝離器更加實(shí)用和美觀，所述殼體安裝于底座的上面，所述底座內(nèi)設(shè)有兩個(gè)冷卻水通道，所述冷卻水入口和所述冷卻水出口分別與兩個(gè)所述冷卻水通道對(duì)應(yīng)相通連接。
[0018]作為優(yōu)選，所述殼體和所述內(nèi)襯均為高導(dǎo)熱鋁合金，所述殼體的兩端和所述內(nèi)襯的兩端之間對(duì)應(yīng)焊接連接。這種結(jié)構(gòu)不但利于高效散熱，而且利用焊接保證密封效果，密封可靠的同時(shí)避免了傳統(tǒng)橡膠密封壽命短的問題。
[0019]為了對(duì)玻璃管和光纖的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，所述內(nèi)襯的兩端分別通過封堵頭與玻璃管的兩端連接，所述光纖穿過所述玻璃管。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0021]本實(shí)用新型所述千瓦級(jí)光纖包層功率剝離器采用微通道水冷方式散熱，在剝離包層光功率的同時(shí)，可以改進(jìn)剝離器的溫度性能和光功率剝離特性。與傳統(tǒng)光纖包層功率剝離器相比，本實(shí)用新型所述千瓦級(jí)光纖包層功率剝離器能提高散熱均勻性、承受的剝離光功率更高，高達(dá)1000W剝離功率的散熱要求，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低、適合批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型所述千瓦級(jí)光纖包層功率剝離器的具體優(yōu)點(diǎn)如下:
[0022]1、冷卻水在熱沉的夾層空間內(nèi)流動(dòng)，剝離光產(chǎn)生的熱被熱沉吸收，然后直接被溫度較低的冷卻水帶走，散熱效果好，可以滿足千瓦級(jí)剝離功率的散熱需求；
[0023]2、采用螺旋切口，尺寸較小，冷卻水微通道的結(jié)構(gòu)，其換熱面積/體積比大，冷卻水表面力和粘性力的影響占主導(dǎo)地位，慣性力的作用大大減弱，可有效增大換熱系數(shù)大，提高換熱效率；
[0024]3、冷卻水流經(jīng)的水道為螺旋形凹槽，不僅水流均勻，而且由于螺旋水道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，水流與熱沉的接觸面積也較大，散熱充分，能保持熱沉表面溫度均勻一致，以免引起CPS器件局部地方熱富集，導(dǎo)致激光光譜出現(xiàn)多峰現(xiàn)象，甚至引起激光器局部快速退化乃至失效的問題；
[0025]4、螺旋形凹槽的加工在普通車床即可實(shí)現(xiàn)，比其他微通道采用線切割或真空釬焊等加工形式成本低；
[0026]5、冷卻水的密封通過焊接技術(shù)保證，不存在橡膠密封圈受激光照射產(chǎn)生老化的問題，安裝也更簡(jiǎn)便；
[0027]6、只用封堵頭，省去了堵頭，裝配更簡(jiǎn)單；
[0028]7、封裝頭能對(duì)玻璃管的位置準(zhǔn)確定位，避免玻璃管與熱沉相對(duì)位置發(fā)生變動(dòng)；
[0029]8、內(nèi)設(shè)冷卻水通道的底座置于在熱沉下方且可與熱沉的殼體采用一體化設(shè)計(jì)，熱沉的冷卻水入口和出口也設(shè)于下方，整個(gè)功率剝離器外觀更簡(jiǎn)潔美觀。
【附圖說明】
[0030]圖1是第一種傳統(tǒng)光纖包層功率剝離器的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是第二種傳統(tǒng)光纖包層功率剝離器的主視剖視圖；
[0032]圖3是本實(shí)用新型所述采用微通道水冷的千