本發(fā)明屬于光電器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于高功率光纖激光器的擾流式微通道散熱器，有利于顯著提高光纖放大器的使用功率和長期使用可靠性。

背景技術(shù)：

光束質(zhì)量好、光斑小、可靠性高等優(yōu)點使光纖激光器在通信、工業(yè)、軍事、醫(yī)療、電視顯示等眾多行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。由于離子能級結(jié)構(gòu)簡單，不存在激發(fā)態(tài)吸收和濃度淬滅效應(yīng)，具有很高的量子效率和光光轉(zhuǎn)換效率。從上世紀80年代開始，人們將離子摻入石英或氟化物光纖中，作為一種激光器的增益介質(zhì)進行了大量的研究。雙包層光纖泵浦技術(shù)以及高功率、高亮度LD泵浦模塊的發(fā)明使得光纖激光器的輸出功率迅速提升，千瓦級功率的YDCF激光器已趨于成熟。2009年IPG公司利用全光纖主振蕩—功率放大（MOPA，main oscillator power amplifier）結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了單根 光纖單模連續(xù)輸出功率9.6KW 。

對于高功率光纖激光器來說，非線性效應(yīng)、纖芯材料的破壞及光纖涂覆層的熱損傷都是限制功率繼續(xù)提升的重要因素。傳統(tǒng)的雙包層光纖外包層的低折射率聚合物涂覆層對溫度非常敏感，當(dāng)溫度達到150~200℃時會引起熱損傷，長時間安全運行時一般要求光纖外表面的溫度低于80℃。雖然光纖本身具有較大的表面積—體積比可以直接散失大部分熱量，但是由于千瓦級高功率光纖激光器為了降低非線性效應(yīng)而趨于使用短的光纖，使得有源光纖的前端熱功率密度較大，光纖熱量積聚溫度偏高。因此為了保證涂覆層在安全溫度范圍內(nèi)運行，必須對光纖進行精密的溫度控制，本發(fā)明提出用一種擾流式微通道散熱器對有源光纖前段兩米進行散熱，以達到光纖表面溫度均勻的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于高功率光纖激光器的擾流式微通道散熱器，該裝置可以降低有源光纖前端高溫。

本發(fā)明的散熱器，由基底和封蓋組成，所述基底上有兩組平行的微通道，在微通道的兩側(cè)各有一個冷卻介質(zhì)的進口通道，在兩組平行的微通道中間有一個冷卻介質(zhì)的出口通道，出口通道的頭部位置有一根擾流柱形通道，該擾流柱形通道一方面作為一個冷卻介質(zhì)的進口通道，另一方面對出口通道內(nèi)的冷卻介質(zhì)進行局部擾動；所述封蓋上有槽道，用于放置光纖。

所述擾流柱形通道的面積為進口通道面積的1/10。

該散熱器的原理是連續(xù)光譜的光纖運行過程中，纖芯溫度升高后，光纖外包層的熱量經(jīng)微通道封蓋傳導(dǎo)至微通道中，與微通道中的冷卻介質(zhì)（水或其他流體）進行熱交換，帶走大部分熱量。

封蓋材質(zhì)為鋁，也可以是銅、硅、鋁合金等導(dǎo)熱系數(shù)較高的其他金屬或非金屬材料。封蓋表面刻蝕了寬度為1mm~2mm的槽道，槽道形狀可以是V型、U型，用于放置長光纖。

基底的材質(zhì)為鋁，也可以是銅、硅、鋁合金等導(dǎo)熱系數(shù)較高的其他金屬或非金屬材料。微通道截面可以是矩形，也可以是梯形等其他形狀。

冷卻介質(zhì)可以是水、乙醇、納米流體等低溫介質(zhì)。

該散熱器的工作過程是冷卻介質(zhì)一部分通過基底兩側(cè)的進口勻速進入基底上的冷卻微通道，另一部分經(jīng)基底出口通道中的擾流柱形通道流入基底，與微通道中的流體進行混合，以加快冷熱源溫差降低，從而進一步減小光纖與散熱器之間的熱阻。連續(xù)光譜的光纖運行過程中，纖芯溫度升高后，光纖外包層的熱量經(jīng)封蓋傳至微通道中，微通道將一部分熱量均勻擴散至微通道的冷卻介質(zhì)（水或其他流體）中進行熱對流交換，帶走大部分熱量；另外將一部分熱量均勻傳導(dǎo)至基底4，基底4直接將該部分熱量散失。本發(fā)明的新型散熱器在微通道基底內(nèi)部加入異型擾流柱后，能夠有效提高冷卻介質(zhì)的體積流量，在不增加高功率光纖功率損耗的同時，將有源光纖的大部分熱量經(jīng)熱傳導(dǎo)和熱對流方式散失。此微通道內(nèi)部流體壓降大，噪聲小、溫度場均勻，具有高可靠性和操作性等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為散熱器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為散熱器封蓋結(jié)構(gòu)圖；

圖3為散熱器基底示意圖；

圖中，1-微通道，2-進口通道Ⅰ，3-進口通道Ⅱ，4-出口通道，5-擾流柱形通道，6-封蓋，7-槽道，8-基底。

具體實施方式

本發(fā)明的散熱器，由基底和封蓋組成，所述基底上有兩組平行的微通道，在微通道的兩側(cè)各有一個冷卻介質(zhì)的進口通道，在兩組平行的微通道中間有一個冷卻介質(zhì)的出口通道，出口通道的頭部位置有一根擾流柱形通道，該擾流柱形通道一方面作為一個冷卻介質(zhì)的進口通道，另一方面對出口通道內(nèi)的冷卻介質(zhì)進行局部擾動；所述封蓋上有槽道，用于放置光纖。

在實施中，首先按圖1加工出基底8，在基底8上銑削出兩組平行微通道1、進口通道Ⅰ2和進口通道Ⅱ3、出口通道4、擾流柱形通道5。按圖2加工出封蓋6，并在封蓋5上表面刻蝕出V型槽道7，將長光纖放置在V型槽道7內(nèi)。

微通道截面是矩形或梯形。

在使用前將圖2所示封蓋的進口通道Ⅰ、進口通道Ⅱ和擾流柱形通道5中通入工質(zhì)流體。流體進入基底8的冷卻通道內(nèi)，經(jīng)擾流柱形通道5分流后，再經(jīng)過微通道基底8的流體出口通道4流出散熱器。

散熱器進出口的流體經(jīng)擾流柱形通道5擾動后，加大了微通道局部高溫區(qū)域的體積流量，使得流體勻速進出微通道1，降低了該區(qū)域的溫度。

經(jīng)用CFD相關(guān)軟件對該散熱裝置加裝擾流柱形通道前后的工況進行數(shù)值模擬后，結(jié)果如下表所示。坐標(biāo)原點在散熱器基底中心，坐標(biāo)系如圖1所示。微通道進口尺寸為寬10mm高9mm，進口流量為94.7kg/s。擾流柱通道內(nèi)徑為6mm，高7mm，進口流量為60kg/s。流體工質(zhì)為水。基底和封蓋的材質(zhì)為鋁。

對比加裝擾流柱形通道前后的光纖最高溫度可以看出，在加裝擾流柱后，光纖熱點處的溫度確實相對無擾流柱時有所降低。

以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。