專利名稱：光纖激光器及其冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖激光器及其冷卻方法。
背景技術(shù)：
光纖激光器，特別是幾百瓦到10千瓦的功率的高功率光纖激光器的技術(shù)難點都是在整個光纖激光器以及單元光器件的熱管理上面，以IKW的功率的脈沖光纖激光器為例，如果輸出功率為1000瓦，按70%的光光轉(zhuǎn)換效率來計算，有效的泵浦光功率為(1000W+70%= 1428. 6W左右)，按5%合束器損耗來算，進合束器前的泵浦光功率為(1428. 6W+95% = 1503. 8W左右)，按泵浦激光器50%的電光轉(zhuǎn)換效率來計算，需要提供的
電功率為(1503.8 + 50%= 3007. 5W左右)，而且由于光纖激光器還有驅(qū)動電路、電源變換電路等控制電路，這些都會有一定的損耗，按90%的電轉(zhuǎn)換效率來計算，進入到1000瓦光纖激光器的總電能為(3007. 5ff^90%= 3341. 7W左右)，因而整個光纖激光器的光電效率為(1000 + 3341. 7 = 29. 92%左右，如果合束器的效率能夠做到更高ー些，整體的效率應(yīng)該可以做到30%左右)，整個一臺1000瓦輸出的光纖激光器，輸入的電功率要3341. 7瓦，其中有70%左右2341. 7瓦左右的電功率變成熱量，損耗掉了，而且這些損耗的熱量必須想辦法快速的散棹，否則光纖激光器中的光學元件，就會因為溫度過高而損壞，從而造成整個光纖激光器燒壞。由此可見，高功率光纖激光器的最核心關(guān)鍵問題，是整個光纖激光器以及光器件的高效可靠的熱管理，也就是要控制光纖激光器中光學元件的溫度，要盡快把產(chǎn)生的熱量散掉，因此，采用恰當而可靠的冷卻方式，對高功率光纖激光器至關(guān)重要。目前國際上200瓦功率以上的高功率光纖激光器，由于強制風冷已經(jīng)不能夠在短時間內(nèi)散掉那么大的熱量，因此基本上都采用普通的水冷辦法，即把泵源、合束器、光纖光柵、摻稀土有源雙包層光纖、熔接保護點等光器件安裝在ー塊高加工精度，高平面度的金屬底板上，金屬底板下部通冷卻水或冷卻液，光纖激光器工作吋，上述光器件產(chǎn)生的熱量，先通過接觸傳熱和輻射傳熱，將熱量導到金屬底板，金屬底板再把熱量傳到循環(huán)的冷卻水，由冷卻水帶走，這種方式比強制風冷的散熱效果要好，但是散熱效率依然不理想，散熱速度不快，限制了進ー步提高光纖激光器的輸出功率的可能。綜上可知，現(xiàn)有光纖激光器在實際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種光纖激光器及其冷卻方法，其能大大提高光纖激光器的冷卻效率，進而使得進ー步提高光纖激光器的輸出功率成為可能。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供ー種光纖激光器,包括有若干光器件、冷卻容器、循環(huán)冷卻機和冷卻液體，所述光器件部分或全部安裝于所述冷卻容器中，所述冷卻容器包括進液口和出液ロ，所述進液口和出液ロ分別與所述循環(huán)冷卻機連接，所述冷卻液體通過所述循環(huán)冷卻機和所述進液ロ流入所述冷卻容器，使得所述冷卻容器中的所述光器件被完全浸泡在所述冷卻液體中，所述冷卻液體流經(jīng)所述冷卻容器內(nèi)的所述光器件后，通過所述出液ロ再流回到所述循環(huán)冷卻機。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述光器件包括若干泵源、合束器、光纖光柵、有源光纖、熔接點、泵浦泄漏點和/或無源光纖。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述光纖激光器為100瓦功率以上的高功率光纖激光器。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述高功率光纖激光器為高功率連續(xù)光纖激光器或者高功率脈沖光纖激光器。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述高功率連續(xù)光纖激光器包括連續(xù)種子源和雙包層光纖放大器，所述連續(xù)種子源選擇性安裝于所述冷卻容器中，所述雙包層光纖放大器的所有光器件安裝于所述冷卻容器中；或者所述高功率脈沖光纖激光器包括脈沖種子源和雙包層光纖放大器，所述脈沖種子源選擇性安裝于所述冷卻容器中，所述雙包層光纖放大器的所有光器件安裝于所述冷卻容·器中。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述無源光纖和有源光纖為雙包層無源光纖和雙包層有源光纖；所述冷卻液體的折射率比所述雙包層無源光纖和雙包層有源光纖的包層的折射率低，且所述冷卻液體包括冷卻水或者冷卻溶液。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述光纖激光器還包括控制電路，所述控制電路與所述光器件連接；所述若干泵源之間的連接點以及所述泵源與所述控制電路之間的連接點進行絕緣處理。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述光纖激光器還包括輸出準直器或者準直輸出隔離器，所述輸出準直器或者準直輸出隔離器包括有進口和出口 ；所述冷卻容器的出液ロ包括第一出液口和第二出液ロ，所述第一出液ロ連接所述循環(huán)冷卻機，所述第二出液ロ連接所述輸出準直器或者準直輸出隔離器的所述進ロ，所述輸出準直器或者準直輸出隔離器的所述出ロ連接所述循環(huán)冷卻機。根據(jù)本發(fā)明所述的光纖激光器，所述冷卻容器內(nèi)設(shè)有金屬底板，所述光器件安裝于所述金屬底板上。本發(fā)明還提供ー種上述光纖激光器的冷卻方法，所述光纖激光器包括有若干光器件、冷卻容器、循環(huán)冷卻機和冷卻液體，所述冷卻容器包括進液口和出液ロ，所述冷卻方法包括將所述光器件部分或全部安裝于所述冷卻容器中；將所述進液口和出液ロ分別與所述循環(huán)冷卻機連接；所述冷卻液體通過所述循環(huán)冷卻機和所述進液ロ流入所述冷卻容器，使得所述冷卻容器中的所述光器件被完全浸泡在所述冷卻液體中；所述冷卻液體流經(jīng)所述冷卻容器內(nèi)的所述光器件后，通過所述出液ロ再流回到所述循環(huán)冷卻機。本發(fā)明光纖激光器采用全新的冷卻散熱方案，所述光纖激光器包括有光器件、冷卻容器、循環(huán)冷卻機和冷卻液體，所述光器件包括若干泵源、合束器、光纖光柵、有源光纖、熔接點、泵浦泄漏點和/或無源光纖等，所述光器件部分或全部安裝于冷卻容器中，冷卻容器與循環(huán)冷卻機連接，冷卻液體通過循環(huán)冷卻機流入并充滿整個冷卻容器，這樣光纖激光器的部分或者全部光器件都將浸泡于冷卻液體進行充分冷卻，冷卻液體流經(jīng)冷卻容器內(nèi)的光器件帶走熱量后在流回循環(huán)冷水機，如此循環(huán)以實現(xiàn)對光纖激光器的冷卻散熱。相對于現(xiàn)有技術(shù)中光器件由與金屬底板接觸的ー個面導熱，本發(fā)明轉(zhuǎn)變成光器件的六個面完全導熱，其散熱效率至少提高五倍以上，從而大大提高光纖激光器的冷卻效率。這樣，對同等熱損壞閾值條件下的光器件來說，如果原來承受的功率是I千瓦，那么本發(fā)明則能夠承受多5倍到10倍的功率，使理論上的單根光纖輸出的單模光纖激光器的輸出功率達到萬瓦級成為可能。


圖I是本發(fā)明光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明第一實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明第二實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明第三實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明第四實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖6是本發(fā)明光纖激光器的冷卻方法的流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進ー步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖I是本發(fā)明光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述光纖激光器100包括有若干光器件
10、冷卻容器20、循環(huán)冷卻機30和冷卻液體，所述光器件10可以包括若干泵源、合束器、光纖光柵、有源光纖、熔接點、泵浦泄漏點和/或無源光纖等高功率光器件，且所述光器件10部分或全部安裝于冷卻容器20中，所述無源光纖和有源光纖為雙包層無源光纖和雙包層有源光纖。所述冷卻容器20優(yōu)選由防銹的金屬或塑膠材料制成，所述冷卻容器20包括經(jīng)液密處理的進液ロ 21和出液ロ 22，進液ロ 21和出液ロ 22分別與循環(huán)冷卻機30連接，冷卻液體通過循環(huán)冷卻機30和進液ロ 21流入冷卻容器20，使得冷卻容器20中的光器件10被完全浸泡在所述冷卻液體中，冷卻液體流經(jīng)冷卻容器20內(nèi)的光器件10后，通過出液ロ 22再流回到循環(huán)冷卻機30。冷卻液體通過循環(huán)冷卻機30流入并充滿整個冷卻容器20，這樣光纖激光器100的部分或者全部光器件10都將浸泡于冷卻液體中得以充分冷卻，冷卻液體直接帶走光器件10的熱量后在流回循環(huán)冷水機30，如此循環(huán)以實現(xiàn)對光纖激光器100的液冷散熱。優(yōu)選的是，所述光纖激光器100還包括控制電路40，所述控制電路40可以包括光纖激光器100的驅(qū)動控制電路、溫度監(jiān)控電路、光功率監(jiān)控電路、循環(huán)冷卻機監(jiān)控電路等?？刂齐娐?0與光器件10連接，若干泵源之間的連接點以及泵源與控制電路40之間的連接點進行防水絕緣處理。較好的是，所述冷卻容器20內(nèi)設(shè)有金屬底板50，光器件10分別安裝于金屬底板50上。更好的是，所述光纖激光器100還包括輸出準直器或者準直輸出隔離器(圖I中未示)，輸出準直器或者準直輸出隔離器包括有進口和出口 ；冷卻容器20的出液ロ 22包括第一出液口和第二出液ロ，第一出液ロ連接循環(huán)冷卻機30，第二出液ロ連接輸出準直器或者準直輸出隔離器的進ロ，輸出準直器或者準直輸出隔離器的出ロ連接循環(huán)冷卻機30，這樣可以另分一路對輸出準直器或者準直輸出隔離器進行単獨的液冷散熱處理。本發(fā)明的光纖激光器100優(yōu)選為100瓦功率以上的高功率光纖激光器,優(yōu)選為200W IOKW的高功率連續(xù)光纖激光器或者高功率脈沖光纖激光器等。所述光纖激光器100尤其適用于功率超過100瓦以上的高功率的1030nmIlOOnm波段的摻鐿光纖激光器、1550nm波段的鉺鐿共摻光纖激光器、2000nm波段的摻銩光纖激光器、光子晶體光纖激光器
等。
本發(fā)明光纖激光器100采用冷卻液體對高功率光器件10進行冷卻散熱，所述冷卻 液體的折射率應(yīng)該比雙包層無源光纖和雙包層有源光纖的包層的折射率低，并且冷卻液體包括冷卻水或者冷卻溶液。本發(fā)明使用冷卻水或冷卻溶液進行冷卻的技術(shù)原理與可行性分析如下一、水的折射率在水溫為攝氏15度到23度之間時為I. 33左右，與保護熔接點用的低折射率膠的折射率一祥，比雙包層光纖中的包層的折射率低，所以泵浦光不會泄漏進水里面。同理，冷卻溶液的折射率也要求比雙包層光纖中的包層的折射率低。ニ、光纖的聚合物涂覆層不會溶于常溫下的水中，而且在生產(chǎn)合束器的時候，所用的雙包層光纖和多模光纖全部要放進2個大氣壓的壓カ鍋中用攝氏130度的開水煮48小時，拿出來后多種雙包層光纖以及多模光纖的涂覆層性能也沒有發(fā)生變化，機械強度和折射率也不會有任何改變。所以光纖長時間浸泡在冷卻水中，不會對光纖的性能產(chǎn)生影響，因而能夠保證光纖激光器的長時間使用的可靠性和穩(wěn)定性。同理，對冷卻溶液的要求是ー樣的，在長時間浸泡時，不能溶解光纖的涂覆層材料。三、除了泵源要接電，需要防止短路，所有的高功率光纖無源器件，不需要特殊的防水措施，而且合束器以及光纖熔接點，需要直接完全浸泡在水中，由于水的折射率低，直接由水代替低折射率紫外膠，光器件中的拉錐區(qū)域或者光纖的熔接點不會泄漏泵浦光，而且直接把這些光器件或接點因為存在損耗而在高功率情況下產(chǎn)生的熱量很快很容易的帶走，不會因為熱量累積而導致光器件的溫度急劇升高而損壞，可以幾倍的提高同一光無源器件承受的最高功率的能力。本發(fā)明采用全新的冷卻散熱思路，即把發(fā)熱量大的主要光學上的熱源如泵源、合束器、光纖光柵、摻稀土有源雙包層光纖、光纖熔接保護點、泵浦殘余泄漏處理接點，以及這些光器件中間起連接和能量傳輸作用的無源光纖等部分或者全部浸泡式放置在冷卻容器的冷卻液體中，由冷卻液體對這些光器件進行全方位，全接觸式冷卻。這種液冷方式的冷卻效率對泵源、合束器、光纖光柵等器件以及熔接保護點、泵浦殘余泄漏處理接點來說，原來由ー個與金屬接觸的面導熱(假設(shè)包括光器件10設(shè)置于金屬底板50)，變成由一個面對金屬接觸面導熱，而其余五個面被冷卻水或冷卻溶液直接導熱，散熱效率至少提高5倍以上，而對于長條圓柱體的有源雙包層光纖(可以是單包層)來說，由原來的圓柱體的ー個和金屬底板相切的線邊對金屬板導熱，變成了由所有的圓柱體的光纖表面積直接被冷卻水或冷卻溶液導熱，散熱效率最少提高10倍以上。這樣，對同等熱損壞閾值條件下的光器件10來說，如果原來承受的功率是I千瓦，現(xiàn)在至少能夠承受多5倍到10倍的功率，只要能夠保證有足夠功率的循環(huán)冷卻機來提供足夠快速的一定溫度的冷卻水或冷卻溶液，再加上使用冷卻水或冷卻溶液的高功率輸出準直器輸出激光，使理論上的單根光纖輸出的單模的光纖激光器的輸出功率達到萬瓦級成為可能，而實際工程應(yīng)用中，至少也可以達到5千瓦以上的單模激光輸出功率。而且使得5千瓦以下功率的單模光纖激光器的可靠性會大大提高。在脈沖光纖激光器中采用同樣的方案，再加上采用冷卻水或冷卻溶液進行冷卻的光隔離器，可以得到輸出平均功率200W—2KW的脈沖光纖激光器。圖2是本發(fā)明第一實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述光纖激光器100為高功率連續(xù)光纖激光器，其采用浸泡式全接觸直接液體冷卻散熱方案。上層方框表示用不會生銹的金屬制成的冷卻容器，帶有供循環(huán)的冷卻水或冷卻溶液流入和流出的液密接ロ。所有的高功率光器件安裝在冷卻容器里面，所述高功率光器件包括若干個泵源、Nxl或(N+1)xl合束器、高低反FBG(Fiber Bragg Grating,光纖布拉格光柵)、有源光纖、熔接點、泵浦泄露點等大量發(fā)熱部件或熔接接點。由于泵源安裝在冷卻容器里面，因此泵源需要做好密封絕緣措施，以便起到防水效果。冷卻容器外接循環(huán)冷卻機，循環(huán)冷卻機將10 23攝氏度以
內(nèi)的低溫冷卻水或冷卻溶液按照箭頭所示的方向泵進冷卻容器，使得冷卻容器內(nèi)充滿冷卻水或冷卻溶液，冷卻水或冷卻溶液流經(jīng)泵源、合束器、高低反FBG、有源光纖、熔接點、泵浦泄漏點等高功率光器件直接帶走熱量后，再流回循環(huán)冷卻機，由循環(huán)冷卻機降溫變成低溫的冷卻水或冷卻溶液再泵進冷卻容器，如此循環(huán)，并保證一定的循環(huán)冷卻機的流速、流量以及液體溫度，就可以很好的控制冷卻效果。另外，光纖激光器100還包括高功率輸出準直器，高功率輸出準直器包括有進口和出口；冷卻容器的出液ロ包括第一出液口和第二出液ロ，第一出液ロ連接循環(huán)冷卻機，第二出液ロ連接高功率輸出準直器的進ロ，高功率輸出準直器的出ロ連接循環(huán)冷卻機，即分出另一路的冷卻水或冷卻溶液來對高功率輸出準直器進行冷卻散熱。圖3是本發(fā)明第二實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，其與第一實施例不同的是，作為高功率光器件之一的泵源被放置在冷卻容器外面。由于泵源是需要電驅(qū)動的，泵源之間的連接和泵源與控制電路之間的連接需要防水絕緣，而這個絕緣處理起來比較麻煩，因而本實施例采用另外一個簡化的方案，就是只對光器件和有源光纖以及熔接點、泵浦泄漏點等直接采用全浸入液體冷卻，而泵源還是采用傳統(tǒng)的安置于金屬板上，金屬板下面再通冷卻水或冷卻溶液來冷卻，其不需進行密封處理，但這樣冷卻效果會差ー些，而且整個光纖激光器100的體積也會大ー些。圖4是本發(fā)明第三實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述光纖激光器100為MOPA (Master Oscillator Power-Amplif ier,主控振蕩器的功率放大器)放大方式的高功率連續(xù)光纖激光器，其采用浸泡式全接觸直接液體冷卻散熱方案。所述高功率連續(xù)光纖激光器100包括連續(xù)種子源和雙包層光纖放大器，即采用連續(xù)種子源+雙包層光纖放大器的結(jié)構(gòu)。上層方框內(nèi)表示用不會生銹的金屬制成的冷卻容器。由于連續(xù)種子源的功率比較低，發(fā)熱不是很大，因此連續(xù)種子源可選擇性安裝于冷卻容器中，即所述脈沖種子源可以浸泡式液冷也可以不用浸泡式液冷；雙包層光纖放大器的所有光器件安裝于冷卻容器中，即高功率光纖放大級的所有光路采用浸泡式液冷。泵源可以安裝在冷卻容器里面，但是需要做好密封絕緣措施；泵源也可以放在冷卻容器外面，這樣冷卻效果會差ー些，體積也會大ー些。冷卻容器外接循環(huán)水冷卻機，把溫度在10多度到23度以內(nèi)的冷卻水或冷卻溶液泵進密封的冷卻容器，冷卻容器內(nèi)充滿冷卻水或冷卻溶液直接冷卻光器件，冷卻水或冷卻溶液帶走熱量后在流回循環(huán)冷卻機，由循環(huán)冷卻機降溫變成低溫的冷卻水或冷卻溶液再泵進密封的冷卻容器，如此循環(huán)，并保證一定的循環(huán)冷卻機的流速、流量以及液體溫度，就可以很好的控制冷卻效果。另外，光纖激光器100還包括高功率輸出準直器，高功率輸出準直器包括有進口和出口 ；冷卻容器的出液ロ包括第一出液口和第二出液ロ，第一出液ロ連接循環(huán)冷卻機，第二出液ロ連接高功率輸出準直器的進ロ，高功率輸出準直器的出口連接循環(huán)冷卻機，即分出另一路的冷卻水或冷卻溶液來對高功率輸出準直器進行冷卻散熱。圖5是本發(fā)明第四實施例中光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述光纖激光器100采用高功率脈沖光纖激光器，其采用浸泡式全接觸直接液體冷卻散熱方案。所述高功率脈沖光纖激光器100包括脈沖種子源和雙包層光纖放大器，即采用脈沖種子源+雙包層光纖放大器結(jié)構(gòu)。上層方框內(nèi)表示用不會生銹的金屬制成的冷卻容器。脈沖種子源可以是聲光調(diào)Q 脈沖光纖激光器做為種子源，也可以是LD脈沖調(diào)制后加一級光纖預(yù)放做脈沖種子源，也可以是連續(xù)光纖激光器用聲光調(diào)制器調(diào)制成脈沖后再加一級光纖預(yù)放做脈沖種子源，由于脈沖種子源的功率比較低，發(fā)熱不是很大，因此脈沖種子源可選擇性安裝于冷卻容器中，即所述脈沖種子源可以浸泡式液冷也可以不用浸泡式液冷。雙包層光纖放大器的所有光器件安裝于冷卻容器中，即高功率光纖放大級的所有光路采用浸泡式液冷。泵源可以安裝在冷卻容器里面，但是需要做好密封絕緣措施；泵源也可以放在冷卻容器外面，這樣冷卻效果會差很多，體積也會大ー些。冷卻容器外接循環(huán)水冷卻機，把溫度在10多度到23度以內(nèi)的冷卻水或冷卻溶液泵進密封的冷卻容器，冷卻容器內(nèi)充滿冷卻水或冷卻溶液直接冷卻光器件，冷卻水或冷卻溶液帶走熱量后在流回循環(huán)冷卻機，由循環(huán)冷卻機降溫變成低溫的冷卻水或冷卻溶液再泵進密封的冷卻容器，如此循環(huán)，并保證一定的循環(huán)冷卻機的流速、流量以及液體溫度，就可以很好的控制冷卻效果。另外，光纖激光器100還包括高功率準直輸出隔離器，高功率準直輸出隔離器包括有進口和出口 ；冷卻容器的出液ロ包括第一出液ロ和第二出液ロ，第一出液ロ連接循環(huán)冷卻機30，第二出液ロ連接高功率輸出準直器的進ロ，高功率準直輸出隔離器的出ロ連接循環(huán)冷卻機30。即分出另一路的冷卻水或冷卻溶液來對高功率準直輸出隔離器進行冷卻散熱。圖6是本發(fā)明光纖激光器的冷卻方法的流程圖，所述光纖激光器100包括有若干光器件10、冷卻容器20、循環(huán)冷卻機30和冷卻液體，冷卻容器20包括進液ロ 21和出液ロ22，所述冷卻方法包括步驟有步驟S601，將光器件10部分或全部安裝于冷卻容器20中。步驟S602，將進液ロ 21和出液ロ 22分別與循環(huán)冷卻機30連接。步驟S603，冷卻液體通過循環(huán)冷卻機30和進液ロ 21流入冷卻容器20，使得冷卻容器20中的光器件10被完全浸泡在所述冷卻液體中。步驟S604，冷卻液體流經(jīng)冷卻容器20內(nèi)的光器件10后，通過出液ロ 22再流回到循環(huán)冷卻機30。綜上所述，本發(fā)明光纖激光器采用全新的冷卻散熱方案，所述光纖激光器包括有光器件、冷卻容器、循環(huán)冷卻機和冷卻液體，所述光器件包括若干泵源、合束器、光纖光柵、有源光纖、熔接點、泵浦泄漏點和/或無源光纖等，所述光器件部分或全部安裝于冷卻容器中，冷卻容器與循環(huán)冷卻機連接，冷卻液體通過循環(huán)冷卻機流入并充滿整個冷卻容器，這樣光纖激光器的部分或者全部光器件都將浸泡于冷卻液體進行充分冷卻，冷卻液體流經(jīng)冷卻容器內(nèi)的光器件帶走熱量后在流回循環(huán)冷水機，如此循環(huán)以實現(xiàn)對光纖激光器的冷卻散熱。相對于現(xiàn)有技術(shù)中光器件由與金屬底板接觸的ー個面導熱，本發(fā)明轉(zhuǎn)變成光器件的六個面完全導熱，其散熱效率至少提高五倍以上，從而大大提高光纖激光器的冷卻效果。這樣，對同等熱損壞閾值條件下的光器件來說，如果原來承受的功率是I千瓦，那么本發(fā)明則能夠承受多5倍到10倍的功率，使理論上的單根光纖輸出的單模光纖激光器的輸出功率達到萬瓦級成為可能。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍?！?br> 權(quán)利要求
1.ー種光纖激光器，其特征在于，包括有若干光器件、冷卻容器、循環(huán)冷卻機和冷卻液體，所述光器件部分或全部安裝于所述冷卻容器中，所述冷卻容器包括進液口和出液ロ，所述進液口和出液ロ分別與所述循環(huán)冷卻機連接，所述冷卻液體通過所述循環(huán)冷卻機和所述進液ロ流入所述冷卻容器，使得所述冷卻容器中的所述光器件被浸泡在所述冷卻液體中，所述冷卻液體流經(jīng)所述冷卻容器內(nèi)的所述光器件后，通過所述出液ロ再流回到所述循環(huán)冷卻機。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖激光器，其特征在于，所述光器件包括若干泵源、合束器、光纖光柵、有源光纖、熔接點、泵浦泄漏點和/或無源光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光器，其特征在于，所述光纖激光器為100瓦功率以上的高功率光纖激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖激光器，其特征在于，所述高功率光纖激光器為高功率 連續(xù)光纖激光器或者高功率脈沖光纖激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖激光器，其特征在干，所述高功率連續(xù)光纖激光器包括連續(xù)種子源和雙包層光纖放大器，所述連續(xù)種子源選擇性安裝于所述冷卻容器中，所述雙包層光纖放大器的所有光器件安裝于所述冷卻容器中；或者 所述高功率脈沖光纖激光器包括脈沖種子源和雙包層光纖放大器，所述脈沖種子源選擇性安裝于所述冷卻容器中，所述雙包層光纖放大器的所有光器件安裝于所述冷卻容器中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光器，其特征在于，所述無源光纖和有源光纖為雙包層無源光纖和雙包層有源光纖；所述冷卻液體的折射率比所述雙包層無源光纖和雙包層有源光纖的包層的折射率低，且所述冷卻液體包括冷卻水或者冷卻溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光器，其特征在于，所述光纖激光器還包括控制電路，所述控制電路與所述光器件連接；所述若干泵源之間的連接點以及所述泵源與所述控制電路之間的連接點進行絕緣處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光器，其特征在于，所述光纖激光器還包括輸出準直器或者準直輸出隔離器，所述輸出準直器或者準直輸出隔離器包括有進口和出口 ；所述冷卻容器的出液ロ包括第一出液口和第二出液ロ，所述第一出液ロ連接所述循環(huán)冷卻機，所述第二出液ロ連接所述輸出準直器或者準直輸出隔離器的所述進ロ，所述輸出準直器或者準直輸出隔離器的所述出ロ連接所述循環(huán)冷卻機。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光器，其特征在于，所述冷卻容器內(nèi)設(shè)有金屬底板，所述光器件安裝于所述金屬底板上。
10.一種如權(quán)利要求I 9任一項光纖激光器的冷卻方法，所述光纖激光器包括有若干光器件、冷卻容器、循環(huán)冷卻機和冷卻液體，所述冷卻容器包括進液口和出液ロ，所述冷卻方法包括 將所述光器件部分或全部安裝于所述冷卻容器中； 將所述進液口和出液ロ分別與所述循環(huán)冷卻機連接； 所述冷卻液體通過所述循環(huán)冷卻機和所述進液ロ流入所述冷卻容器，使得所述冷卻容器中的所述光器件被浸泡在所述冷卻液體中； 所述冷卻液體流經(jīng)所述冷卻容器內(nèi)的所述光器件后，通過所述出液ロ再流回到所述循環(huán)冷卻 機。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光纖激光器，包括有若干光器件、冷卻容器、循環(huán)冷卻機和冷卻液體，所述光器件安裝于所述冷卻容器中，所述冷卻容器包括進液口和出液口，所述進液口和出液口分別與所述循環(huán)冷卻機連接，所述冷卻液體通過所述循環(huán)冷卻機和所述進液口流入所述冷卻容器，使得所述冷卻容器中的所述光器件被浸泡在所述冷卻液體中，所述冷卻液體流經(jīng)所述冷卻容器內(nèi)的所述光器件后，通過所述出液口再流回到所述循環(huán)冷卻機。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種光纖激光器的冷卻方法。借此，本發(fā)明能夠大大提高光纖激光器的冷卻效率，進而使得進一步提高光纖激光器的輸出功率成為可能。
文檔編號H01S3/042GK102684044SQ201210126310
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者胡小波 申請人:深圳市創(chuàng)鑫激光技術(shù)有限公司