光纤合束器及光纤激光器转让专利
申请号 : CN202110446133.1
文献号 : CN112987182B
文献日 : 2021-08-31
发明人 : 郭超 , 张昊宇 , 刘玙 , 舒强 , 黎玥 , 李峰云 , 颜冬林 , 董克攻 , 楚秋慧 , 黄智蒙 , 林宏奂 , 王建军 , 景峰
申请人 : 中国工程物理研究院激光聚变研究中心
摘要 :
权利要求 :
1.一种光纤合束器,其特征在于,包括多根输入光纤、熔锥光纤束、输出光纤、壳体和液冷管;
所述多根输入光纤从所述壳体的第一端进入所述壳体内部;
所述熔锥光纤束由所述多根输入光纤合束后拉锥形成,且设置于所述壳体内部;
所述输出光纤与所述熔锥光纤束熔接,且从所述壳体内部延伸到外环境;
所述壳体内部用于存储冷却液;
所述多根输入光纤中存在至少一根第一输入光纤属于高发热量光纤,所述液冷管包括第一液冷管,且所述第一液冷管用于在所述壳体的第一端连通所述壳体内部和外环境,以供所述至少一根第一输入光纤通过,使所述第一液冷管中存储的冷却液对所述至少一根第一输入光纤进行冷却处理,所述高发热量光纤为所述光纤合束器处于工作状态时,光纤温度位于第一预设温度区间的光纤;
所述输出光纤属于高发热量光纤,所述液冷管包括第二液冷管,且所述第二液冷管用于在所述壳体的第二端连通所述壳体内部和外环境,以供所述输出光纤通过,使所述第二液冷管中存储的冷却液对所述输出光纤进行冷却处理。
2.根据权利要求1所述的光纤合束器,其特征在于,所述光纤合束器还包括第一密封法兰,所述第一液冷管通过所述第一密封法兰在所述壳体的第一端连通所述壳体内部和外环境,以供所述至少一根第一输入光纤通过;
所述多根输入光纤中除所述至少一根第一输入光纤之外,还包括至少一根第二输入光纤属于低发热量光纤,所述光纤合束器还包括第二密封法兰,所述第二密封法兰在所述壳体的第一端连通所述壳体内部和外环境,以供所述至少一根第二输入光纤通过,所述低发热量光纤为所述光纤合束器处于工作状态时,光纤温度位于第二预设温度区间的光纤。
3.根据权利要求2所述的光纤合束器,其特征在于,所述第一密封法兰包括第一法兰本体和第一石英管,所述第一石英管设置于所述第一法兰本体的内部,且所述第一法兰本体的内壁与所述第一石英管的外壁之间设置有第一密封圈;
所述第二密封法兰包括第二法兰本体和第二石英管,所述第二石英管设置于所述第二法兰本体的内部,且所述第二法兰本体的内壁与所述第二石英管的外壁之间设置有第二密封圈。
4.根据权利要求1所述的光纤合束器,其特征在于,所述光纤合束器还包括第三密封法兰;
所述第二液冷管通过所述第三密封法兰在所述壳体的第二端连通所述壳体内部和外环境,以供所述输出光纤通过。
5.根据权利要求4所述的光纤合束器,其特征在于,所述第三密封法兰包括第三法兰本体和第三石英管,所述第三石英管设置于所述第三法兰本体的内部,且所述第三法兰本体的内壁与所述第三石英管的外壁之间设置有第三密封圈。
6.根据权利要求1所述的光纤合束器,其特征在于,所述光纤合束器还包括固定结构;
所述固定结构设置于所述壳体包括的热沉底座上,用于固定所述熔锥光纤束;
所述壳体的上盖固定于所述热沉底座上,以使所述上盖与所述热沉底座之间形成用于存储冷却液的密闭空间。
7.根据权利要求6所述的光纤合束器,其特征在于,所述固定结构包括固定支座和封装管;
所述固定支座设置于所述热沉底座上,用于固定所述封装管;
所述封装管一端朝向所述壳体的第一端,另一端朝向所述壳体的第二端,用于供所述熔锥光纤束通过。
8.根据权利要求7所述的光纤合束器,其特征在于,所述封装管内部设置有固化胶,以固定所述熔锥光纤束。
9.根据权利要求7所述的光纤合束器,其特征在于,所述热沉底座上设置有环状密封胶条,所述上盖固定于所述热沉底座上时,与所述环状密封胶条紧密接触。
10.一种光纤激光器,其特征在于,包括权利要求1 9中任意一项所述的光纤合束器。
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说明书 :
光纤合束器及光纤激光器
技术领域
背景技术
一为光纤合束器。光纤合束器的作用是将多根激光二极管光纤输出的泵浦激光耦合注入到
输出光纤中,输出光纤为单根光纤。
作时就需要进行冷却处理,又由于光纤合束器中熔锥光纤束和输出光纤的熔点往往非常脆
弱,需要保护其不受外界因素影响,因此,需要为光纤合束器设计一个合理的冷却封装,用
于保证其稳定可靠工作。但是,传统的冷却封装方式使得光纤合束器中的所有光纤(包括高
发热量光纤和低发热量光纤)都得到了相同的冷却处理,也即,对光纤合束器中的所有光纤
都采用了相同的冷却方式,如此,光纤合束器在连续高功率工作的过程中,出现烧毁的概率
便会大大增加。
发明内容
一输入光纤通过,使第一液冷管中存储的冷却液对至少一根第一输入光纤进行冷却处理,
高发热量光纤为光纤合束器处于工作状态时,光纤温度位于第一预设温度区间的光纤;
对输出光纤进行冷却处理。
纤中存在至少一根第一输入光纤属于高发热量光纤,则液冷管包括第一液冷管,且第一液
冷管用于在壳体的第一端连通壳体内部和外环境,以供至少一根第一输入光纤通过,使第
一液冷管中存储的冷却液对至少一根第一输入光纤进行冷却处理,同样,若输出光纤属于
高发热量光纤,则液冷管包括第二液冷管,且第二液冷管用于在壳体的第二端连通壳体内
部和外环境,以供输出光纤通过,使第二液冷管中存储的冷却液对输出光纤进行冷却处理。
显然,本申请实施例提供的光纤合束器中,仅对熔锥光纤束和高发热量光纤进行冷却处理,
而低发热光纤则不进行冷却处理,相对于现有技术而言,光纤合束器在连续高功率工作时,
出现烧毁的概率便会大大降低。
封法兰,第一液冷管通过第一密封法兰在壳体的第一端连通壳体内部和外环境,以供至少
一根第一输入光纤通过;
通壳体内部和外环境,以供至少一根第二输入光纤通过,低发热量光纤为光纤合束器处于
工作状态时,光纤温度位于第二预设温度区间的光纤。
一法兰本体的内部,且第一法兰本体的内壁与第一石英管的外壁之间设置有第一密封圈;
封圈,以进一步增强壳体的密封性,同时,第二密封法兰包括第二法兰本体和第二石英管,
第二石英管设置于第二法兰本体的内部,且第二法兰本体的内壁与第二石英管的外壁之间
设置有第二密封圈,能够进一步增强壳体的密封性。
第三法兰本体的内部,且第三法兰本体的内壁与第三石英管的外壁之间设置有第三密封
圈。
封圈,能够进一步增强壳体的密封性。
率。
锥光纤束的受损概率。
封胶条紧密接触。
附图说明
作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
根据这些附图获得其他相关的附图。
条;150‑液冷管;151‑第一液冷管;152‑第二液冷管;160‑第一密封法兰;161‑第一法兰本
体;162‑第一石英管;163‑第一密封圈;170‑第二密封法兰;171‑第二法兰本体;172‑第二石
英管;173‑第二密封圈;180‑第三密封法兰;181‑第三法兰本体;182‑第三石英管;190‑固定
结构;191‑固定支座;192‑封装管。
具体实施方式
下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需
要对其进行进一步定义和解释。
输出光纤与熔锥光纤束熔接。
作时就需要进行冷却处理,又由于光纤合束器中熔锥光纤束和输出光纤的熔点往往非常脆
弱,需要保护其不受外界因素影响,因此,需要为光纤合束器设计一个合理的冷却封装,用
于保证其稳定可靠工作。但是,传统的冷却封装方式使得光纤合束器中的所有光纤(包括高
发热量光纤和低发热量光纤,在光纤激光器的设计与制造技术领域,高发热量光纤可以理
解为在光纤激光器处于工作状态,也即,光纤本身也处于工作状态时,光纤温度位于第一预
设温度区间的光纤,而第一预设温度区间可以是大于或等于40℃的温度区间,对应的,若在
光纤激光器处于工作状态时,也即,光纤本身也处于工作状态时,光纤温度位于第二预设温
度区间,则为低发热量光纤,而第二预设温度区间可以是小于40℃的温度区间)都得到了相
同的冷却处理,也即,对光纤合束器中的所有光纤都采用了相同的冷却方式,如此,光纤合
束器在连续高功率工作的过程中,出现烧毁的概率便会大大增加。
和信号光纤的发热量在实际工作场景中是不一样的,而传统的冷却封装方式如图2所示,其
并没有将泵浦光纤和信号光纤加以区别,因此,光纤合束器在连续高功率工作的过程中,出
现烧毁的概率便会大大增加。
锥光纤束120熔接,且从壳体140内部延伸到外环境,此外,壳体140内部用于存储冷却液,以
对熔锥光纤束120进行冷却处理。
140内部和外环境,以供至少一根第一输入光纤111通过,使第一液冷管151中存储的冷却液
对至少一根第一输入光纤111进行冷却处理。基于此,可以理解的是,若多根输入光纤110中
除至少一根第一输入光纤111之外,还包括至少一根第二输入光纤112属于低发热量光纤,
则至少一根第二输入光纤112将从壳体140的第一端直接进入壳体140内部,而不需要通过
液冷管150。
160,第一液冷管151通过第一密封法兰160在壳体140的第一端连通壳体140内部和外环境,
以供至少一根第一输入光纤111通过,对应的,对于多根输入光纤110中除至少一根第一输
入光纤111之外,还包括至少一根第二输入光纤112属于低发热量光纤的情况,光纤合束器
100还可以包括第二密封法兰170,第二密封法兰170在壳体140的第一端连通壳体140内部
和外环境,以供至少一根第二输入光纤112通过。
一法兰本体161的内壁与第一石英管162的外壁之间设置有第一密封圈163,以增强壳体140
的密封性。实际实施时,第一石英管162供至少一根第一输入光纤111通过,且其端部可以通
过固化胶做密封处理,以进一步增强壳体140的密封性。
且第二法兰本体171的内壁与第二石英管172的外壁之间设置有第二密封圈173,以增强壳
体140的密封性。实际实施时,第二石英管172供至少一根第二输入光纤112通过,且其端部
可以通过固化胶做密封处理,以进一步增强壳体140的密封性。
过,使第二液冷管152中存储的冷却液对输出光纤130进行冷却处理。基于此,可以理解的
是,若输出光纤130属于低发热量光纤,则输出光纤130将从壳体140的第二端直接进入壳体
140内部,而不通过液冷管150。
的第二端连通壳体140内部和外环境,以供输出光纤130通过。若输出光纤130属于低发热量
光纤,则第三密封法兰180在壳体140的第二端连通壳体140内部和外环境,以供输出光纤
130通过。
三法兰本体181的内壁与第三石英管182的外壁之间设置有第三密封圈(图中未示出),以增
强壳体140的密封性。实际实施时,第三石英管182供输出光纤130通过,且其端部可以通过
固化胶做密封处理,以进一步增强壳体140的密封性。
一液冷管151从壳体140的第一端进入壳体140内部,以使第一液冷管151中存储的冷却液对
至少一根第一输入光纤111进行冷却处理,第二输入光纤112则从壳体140的第一端直接进
入壳体140内部,而不需要通过液冷管150,输出光纤130通过第二液冷管152从壳体140内部
延伸到外环境,以使第二液冷管152中存储的冷却液对输出光纤130进行冷却处理。此外,在
光纤合束器100的工作过程中,冷却液可以从第一液冷管151进入壳体140内部,再从第二液
冷管152从壳体140内部流出,通过冷却液的流动,进一步增强对第一输入光纤111、熔锥光
纤束120和输出光纤130的冷却效果。
而壳体140的上盖142固定于热沉底座141上,以使上盖142与热沉底座141之间形成用于存
储冷却液的密闭空间。其中,“上盖142固定于热沉底座141上”具体可以是,上盖142通过多
个螺钉固定于热沉底座141上。
封装管192内部可以设置固化胶,以固定熔锥光纤束120。
条143紧密接触。需要说明的是,本申请实施例中,由于上盖142通过多个螺钉固定于热沉底
座141上,因此,环状密封胶条143可以设置于多个螺钉所构成的环状连接轨的内部。
处理,此外,若多根输入光纤110中存在至少一根第一输入光纤111属于高发热量光纤,则液
冷管150包括第一液冷管151,且第一液冷管151用于在壳体140的第一端连通壳体140内部
和外环境,以供至少一根第一输入光纤111通过,使第一液冷管151中存储的冷却液对至少
一根第一输入光纤111进行冷却处理,同样,若输出光纤130属于高发热量光纤,则液冷管
150包括第二液冷管152,且第二液冷管152用于在壳体140的第二端连通壳体140内部和外
环境,以供输出光纤130通过,使第二液冷管152中存储的冷却液对输出光纤130进行冷却处
理。显然,本申请实施例提供的光纤合束器100中,仅对熔锥光纤束120和高发热量光纤进行
冷却处理,而低发热光纤则不进行冷却处理,相对于现有技术而言,光纤合束器100在连续
高功率工作时,出现烧毁的概率便会大大降低。
上的电连接、通信连接,其中,通信连接又可以是有线通信连接或无线通信连接,此外,可以
是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通,对于本领域的
技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外,术语“第
一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。