一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，用于高功率激光實(shí)驗(yàn)中光纖器件的固定、冷卻及保護(hù)。其結(jié)構(gòu)包括插針、螺母、護(hù)套、設(shè)有直通毛細(xì)管的水冷管道體及夾持部件，光纖錐穿過水冷管道體內(nèi)部的直通毛細(xì)管，護(hù)套與螺母定位在插針上，護(hù)套與水冷管道體前端相連，水冷管道體后端與夾持部件相連。本實(shí)用新型以水冷結(jié)構(gòu)為主體，光纖錐安裝在水冷主體內(nèi)部，使其既滿足法蘭連接的要求，同時(shí)還能夠承受高功率激光的照射。在水冷結(jié)構(gòu)后部安裝光纖夾持部件，使光纖錐的尾纖得到很好的固定，不易被折斷。是一種較好的光纖錐封裝結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，是對(duì)高功率光纖器件的無(wú)膠封裝，主要用于高功率激光實(shí)驗(yàn)中光纖器件的固定、冷卻及保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖錐即光學(xué)纖維錐，是由石英玻璃制成，由于其兩端直徑不同，形狀類似于錐形，因此稱為光纖錐，光纖錐在光學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用。光纖錐是四大微光夜視光纖元件
之一 O
[0003]光纖錐通常的加工方法是將涂層去除，在高溫下進(jìn)行整形，這就造成了制備后的光纖錐沒有涂層，強(qiáng)度較差，因此光纖錐在使用時(shí)通常需要封裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。
[0004]目前，常見光纖錐的封裝方法是將光纖錐穿在事先注有膠水的插針接頭內(nèi)，例如FC接頭，SMA接頭等，見圖1所示。
[0005]在高溫下烘烤使膠水固化，再對(duì)插針接頭進(jìn)行拋光研磨，并在接頭后安裝護(hù)套。這種封裝結(jié)構(gòu)在使用時(shí)，一般都采用法蘭連接，對(duì)準(zhǔn)方便快捷，但這種封裝結(jié)構(gòu)無(wú)法承受高功率，在輸入光功率較高的情況下，插針端面及靠近錐區(qū)的位置會(huì)照射到部分激光，而照射產(chǎn)生的熱無(wú)法被快速帶走，熱積累到一定程度時(shí)，就會(huì)將光纖周圍的膠水甚至插針燒毀。因此這種封裝方法只能夠適用于低功率情況。另外，由于該結(jié)構(gòu)使用膠水填充，屬于不可逆封裝，無(wú)法拆卸。
[0006]為了使光纖錐在高功率情況下能夠使用，通常使用的方法是不對(duì)光纖錐進(jìn)行封裝處理。使用時(shí)將光纖錐夾持在兩塊熱沉塊20中間,熱沉塊中通有循環(huán)冷卻水,22為進(jìn)出水口，如圖2所示。在光纖通光時(shí)，部分沒有照射到光纖錐注入端的激光，以及從光纖錐錐區(qū)泄漏的激光均照射在熱沉塊上，產(chǎn)生的熱能夠迅速被循環(huán)水帶走，避免了光纖端面、側(cè)面、涂層被燒毀。這種方法的缺點(diǎn)是:輸入端部缺少插針，低功率實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)法對(duì)準(zhǔn)，光纖錐尾部21缺少護(hù)套保護(hù)，使用過程中容易折斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述存在的問題，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)能夠用于法蘭配接，可以快速對(duì)準(zhǔn)，又能夠避免高功率實(shí)驗(yàn)時(shí)，插針及光纖由于溫度過高而燒毀。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，包括插針、螺母、護(hù)套、設(shè)有直通毛細(xì)管的水冷管道體及固定光纖的夾持部件，光纖錐穿過水冷管道體內(nèi)部的直通毛細(xì)管，所述螺母及護(hù)套套接在插針上，且在插針上可限位移動(dòng)，所述護(hù)套與水冷管道體前端相連，水冷管道體后端與夾持部件相連，所述水冷管道體上設(shè)有水冷進(jìn)水口及水冷出水口。
[0009]進(jìn)一步，所述插針與常用插針外徑一致。
[0010]進(jìn)一步，所述插針上設(shè)有臺(tái)階，在插針上設(shè)有凹口，在凹口上設(shè)有卡簧，所述螺母及護(hù)套位于臺(tái)階與卡簧之間。
[0011]進(jìn)一步，所述護(hù)套為側(cè)放的U形結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)側(cè)設(shè)有螺紋，通過螺紋與水冷管道體前端相連。
[0012]進(jìn)一步,所述夾持部件包括光纖夾座、光纖壓板以及外殼，所述光纖夾座的一端與水冷管道體后端相互配接，并通過螺絲固定，所述光纖夾座中間設(shè)有放置光纖的槽，并且在槽周圍設(shè)有螺紋孔，光纖壓板上設(shè)有與螺紋孔相對(duì)應(yīng)的孔，通過螺絲將光纖壓板鎖緊在光纖夾座上，所述外殼套在光纖夾座上，并固定在水冷管道體上。
[0013]進(jìn)一步，所述插針端面設(shè)有一內(nèi)凹槽。
[0014]進(jìn)一步，所述水冷進(jìn)水口和水冷出水口均設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步，所述直通毛細(xì)管的內(nèi)徑與光纖錐外徑相匹配，水冷管道體兩端設(shè)有直通毛細(xì)管穿過的小孔，所述水冷管道體內(nèi)徑與直通毛細(xì)管外徑相匹配，并在同一軸心上。
[0016]進(jìn)一步，所述水冷管道體與直接毛細(xì)管的前、后兩端通過焊錫密封連接。
[0017]進(jìn)一步，所述直通毛細(xì)管位于水冷管道體中間。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型以水冷結(jié)構(gòu)為主體，光纖錐安裝在水冷主體內(nèi)部，前端使用插針以及護(hù)套對(duì)光纖端面進(jìn)行定位，使其既滿足法蘭連接的要求，同時(shí)還能夠承受高功率激光的照射。在水冷結(jié)構(gòu)后部安裝光纖夾持結(jié)構(gòu)，使光纖錐的尾纖得到很好的固定，不易被折斷。是一種較好的光纖錐封裝結(jié)構(gòu)，低功率測(cè)試時(shí)，能夠與法蘭配接，與常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)得到了相同的測(cè)試結(jié)果；高功率測(cè)試時(shí)，承受了超過40瓦的發(fā)熱功率，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3分鐘，其溫度穩(wěn)定在40°C左右，插針端面未損壞。
[0019]上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有低功率的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為現(xiàn)有光纖錐高功率測(cè)試示意圖。
[0022]圖3為本實(shí)用新型插針及護(hù)套連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本實(shí)用新型內(nèi)部有直通毛細(xì)管的水冷管道體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為本實(shí)用新型夾持部件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本實(shí)用新型光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)【具體實(shí)施方式】、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
[0027]本實(shí)用新型一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，包括插針1、螺母2、護(hù)套3、卡簧4、水冷管道體5及夾持部件6。
[0028]如圖3所示，所述插針I(yè)為銅質(zhì)結(jié)構(gòu)，所示插針I(yè)的外徑和常規(guī)插針外徑一致，可以直接和法蘭配接。[0029]組裝插針I(yè)及護(hù)套3，將插針I(yè)穿過螺母2及護(hù)套3，所述插針I(yè)上設(shè)有臺(tái)階，在穿過螺母2與護(hù)套3的插針上設(shè)有凹口，并使用卡簧4卡接在凹口上，使螺母2和護(hù)套3均被限位在插針I(yè)的臺(tái)階與卡簧之間且可移動(dòng)，用卡簧4連接可以方便護(hù)套3與插針I(yè)之間拆卸。當(dāng)與法蘭連接時(shí)，通過螺母2將插針I(yè)固定在法蘭上。所述護(hù)套3為側(cè)放的U型結(jié)構(gòu)，在其開口的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)螺紋。通過內(nèi)側(cè)螺紋使護(hù)套3與水冷管道體5的前端相連。
[0030]在插針I(yè)端面設(shè)有一內(nèi)凹槽12。在使用時(shí)，通常將激光匯聚到光纖錐的端面。若匯聚后的光斑大于光纖錐直徑時(shí)，就會(huì)有部分功率較高的激光直接照射到插針的內(nèi)凹面上，由于離匯聚點(diǎn)有一定的距離，因此內(nèi)凹面所承受的功率密度較低，且照射所產(chǎn)生的熱量能夠快速由金屬殼體傳導(dǎo)至水冷部位，故插針不易被燒毀。
[0031]如圖4所示,所述水冷管道體5的內(nèi)部中間設(shè)有直通毛細(xì)管10,直通毛細(xì)管10為銅質(zhì)結(jié)構(gòu)，所述直通毛細(xì)管10的內(nèi)徑與光纖錐11外徑相匹配，水冷管道體5兩端設(shè)有直通毛細(xì)管10穿過的小孔，所述水冷管道體5內(nèi)徑與直通毛細(xì)管10外徑相匹配，并在同一軸心上。所述水冷管道體5與直接毛細(xì)管10的前、后兩端通過焊錫密封連接。
[0032]所述水冷管道體5上的冷卻水進(jìn)水口 13、出水口 14有對(duì)應(yīng)的螺紋，可以與供水系統(tǒng)中的管道及接頭配接。直通毛細(xì)管10采用導(dǎo)熱能力相對(duì)較好的紫銅，增加散熱能力。完成后將前一步驟所組裝的銅質(zhì)插針I(yè)及護(hù)套3安裝在水冷管道體5上。
[0033]所述直通毛細(xì)管10的水冷管道體5相當(dāng)于一個(gè)小型熱沉，用于高功率工作時(shí)提供足夠的散熱能力，而且體積很小，為一般熱沉的1/3 ;其次是其散熱能力較好，一般實(shí)驗(yàn)用的熱沉都是用表面吸收熱，傳遞到水冷管道進(jìn)行散熱，而該水冷管道體5直接將光纖錐錐體發(fā)熱的部位設(shè)計(jì)在直通毛細(xì)管，而直通毛細(xì)管正好位于水冷管道體5中央，即被水流包裹，故散熱效率較一般熱沉有很大提升。
[0034]如圖5所示，所述夾持部件6由光纖夾座7、光纖壓板8以及外殼9組成。該夾持部件主要用于光纖的固定及保護(hù)，不損傷光纖涂層。
[0035]所述將光纖夾座7的一端與水冷管道體5后端相互配接，并用螺絲進(jìn)行固定。所述光纖夾座7中間開有放置光纖的槽，并且在槽周圍有4個(gè)螺紋孔,光纖壓板8上同樣設(shè)有4個(gè)孔，使用4個(gè)螺絲即可將光纖壓板8鎖緊在光纖夾座7上。外殼9的作用是保護(hù)光纖夾座7，在其內(nèi)表面設(shè)有螺紋，可以旋緊在水冷管道體5上，該外殼9需要在安裝完光纖之后才安裝。
[0036]本實(shí)用新型通過螺絲及光纖壓板的方式固定，可確保在光纖反復(fù)安裝及拆卸過程中不損傷涂層。
[0037]本實(shí)用新型使用時(shí)，將光纖錐從銅質(zhì)插針I(yè)的前端穿入，直至從光纖夾座7和光纖壓板8中穿出，旋緊光纖夾座上的螺絲將光纖固定，由于有放置光纖的槽15，光纖的涂層并不會(huì)受到過大的擠壓導(dǎo)致永久變形。
[0038]在低功率測(cè)試時(shí)，本實(shí)用新型封裝結(jié)構(gòu)的使用方法和常規(guī)封裝結(jié)構(gòu)的使用方法相同，即將插針插入法蘭進(jìn)行光路的連接。在高功率測(cè)試時(shí)，將水冷管道體5兩側(cè)接上循環(huán)水，進(jìn)行測(cè)試即可。
[0039]高功率實(shí)驗(yàn)中，為了測(cè)試光纖錐的功率耐受能力，將200W的連續(xù)激光從光纖錐端面輸入，得到約160W的輸出功率，即有40W左右的激光從光纖錐中漏出或未進(jìn)入光纖錐，未進(jìn)入光纖錐的激光通常照射在銅質(zhì)插針I(yè)的內(nèi)凹槽處，而泄漏的激光通常是從光纖錐的錐區(qū)泄漏，照射在銅質(zhì)直通毛細(xì)管50內(nèi)壁上。這些在該結(jié)構(gòu)中滯留的激光將全部轉(zhuǎn)化為熱，即封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)有約40W發(fā)熱功率，這些熱最終通過水循環(huán)系統(tǒng)帶出。
[0040]凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)包括插針、螺母、護(hù)套、設(shè)有直通毛細(xì)管的水冷管道體及固定光纖的夾持部件，光纖錐穿過水冷管道體內(nèi)部的直通毛細(xì)管，所述螺母及護(hù)套套接在插針上，且在插針上可限位移動(dòng)，所述護(hù)套與水冷管道體前端相連，水冷管道體后端與夾持部件相連，所述水冷管道體上設(shè)有水冷進(jìn)水口及水冷出水口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述插針與常用插針外徑一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述插針上設(shè)有臺(tái)階，在插針上設(shè)有凹口，在凹口上設(shè)有卡簧，所述螺母及護(hù)套位于臺(tái)階與卡簧之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述護(hù)套為側(cè)放的U形結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)側(cè)設(shè)有螺紋，通過螺紋與水冷管道體前端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述夾持部件包括光纖夾座、光纖壓板以及外殼，所述光纖夾座的一端與水冷管道體后端相互配接，并通過螺絲固定，所述光纖夾座中間設(shè)有放置光纖的槽，并且在槽周圍設(shè)有螺紋孔，光纖壓板上設(shè)有與螺紋孔相對(duì)應(yīng)的孔，通過螺絲將光纖壓板鎖緊在光纖夾座上，所述外殼套在光纖夾座上，并固定在水冷管道體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述插針端面設(shè)有一內(nèi)凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述水冷進(jìn)水口和水冷出水口均設(shè)有螺紋結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述直通毛細(xì)管的內(nèi)徑與光纖錐外徑相匹配，水冷管道體兩端設(shè)有直通毛細(xì)管穿過的小孔，所述水冷管道體內(nèi)徑與直通毛細(xì)管外徑相匹配，并在同一軸心上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述水冷管道體與直接毛細(xì)管的前、后兩端通過焊錫密封連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光纖錐水冷散熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述直通毛細(xì)管位于水冷管道體中間。
【文檔編號(hào)】G02B6/38GK203616507SQ201320712916
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】馬云亮, 慕偉, 徐呈霖 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所