CN1309124C - 高功率双包层光纤激光器输出端的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
一种高功率双包层光纤激光器输出端冷却装置，包括一金属套管，该金属套管由结构相同的具有冷却液腔的第一半金属套管和第二半金属套管并合而成，在第一半金属套管和第二半金属套管的并合表面设有供双包层光纤的头部紧密嵌套的光纤槽，所述的第一半金属套管设有冷却液进管，第二半金属套管有冷却液出管，所述的第一半金属套管和第二半金属套管之间有冷却液通道，所述的冷却液进管和冷却液出管与一冷却液源相连。本发明是适于对高功率双包层光纤激光器和双包层光纤放大器输出端制冷，可防止热沉积对光纤输出端面造成永久性损伤，改善光纤激光器和放大器的输出性能、延长使用寿命。本发明具有结构简单、紧凑，实用，制冷效果好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及双包层光纤激光器和光放大器，特别是一种高功率双包层光纤激光器或放大器输出端的冷却装置，以下简称高功率双包层光纤激光器输出端的冷却装置。
背景技术
随着上世纪末光纤技术的飞速发展和大功率半导体激光器制造工艺的进一步成熟，双包层光纤激光器获得了长足的发展。与原先的单包层有源光纤相比，双包层光纤是在直径不到9μm的掺杂纤芯周围增加了一个直径为400μm的纯石英波导，外面是折射率较石英低的聚合物涂敷层，最再外面是保护层，这样双包层光纤就具有较大的泵浦面积和较大的数值孔径。大功率多模半导体激光可从光纤的端面耦合进入内包层波导，在传输过程中，不断穿越掺杂的纤芯而泵浦纤芯中的掺杂离子，使双包层光纤获得增益。输出功率从原先单包层光纤激光器的几百毫瓦量级提升到现在双包层光纤激光器的数百瓦量级(参见周军，楼祺洪等人发表的“A 115-W Ytterbium-Doped fiber laser”，Chinese Physics Letter，Vol.21(6)，2004，1083～1085)，光纤放大器的输出功率也达到百瓦量级。然而，如此大的功率从双包层光纤的一端几微米的纤芯输出，功率密度很大，容易对端面造成永久性损伤，限制了光纤激光器和放大器的实际应用。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于高功率双包层光纤激光器或放大器输出端的制冷装置，以防止端面受到永久性损伤，改善光纤激光器和放大器的输出性能、延长使用寿命。
本发明技术解决方案的原理是：由于双包层光纤激光器或放大器在高功率运转时，百瓦量级的高功率激光从直径不到9μm的纤芯输出，功率密度很大，在输出端产生的热量来不及散发出去，造成热积聚，使端面处的局部温度上升，烧毁端面处的外包层，给端面造成永久性损伤。在脉冲工作状态下，极高的峰值功率密度会造成端面处石英介质的热破坏。因此，只要在输出端加上一个水循环的制冷装置，及时把高功率运转时产生的热量带走，使端面温度不会升高到能给光纤造成损伤的程度，光纤的输出端就不会损坏。
本发明的技术解决方案如下：
一种高功率双包层光纤激光器输出端冷却装置，其特点是它包括一金属套管，该金属套管由结构相同的具有冷却液腔的第一半金属套管和第二半金属套管并合而成，在第一半金属套管和第二半金属套管的并合表面设有供双包层光纤的头部紧密嵌套的光纤槽，所述的第一半金属套管设有冷却液进管，第二半金属套管有冷却液出管，所述的第一半金属套管和第二半金属套管之间有冷却液通道，所述的冷却液进管和冷却液出管与一冷却液源相连。
所述的金属套管的冷却液通道由所述的第一半金属套管和第二半金属套管之间连通管构成。
所述的双包层光纤的头部紧密嵌套的光纤槽内，该双包层光纤端面靠近但不超出光纤槽的端口。
所述的冷却液为冷却水。
本发明是通过套在双包层光纤输出端的金属套管传递输出端在高功率运转时产生的热量，用冷液机泵浦恒温的冷却液来冷却输出端，使该端的温度不至于升高，从而保护输出端免受高功率运转时的热损伤。
附图说明
图1为本发明高功率双包层光纤激光器输出端冷却装置的结构示意图。
图2是本发明金属套管的截面图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1和图2，图1是本发明高功率双包层光纤激光器和放大器输出端冷却装置的具体实施例的结构示意图，图2是本发明金属套管的截面图，该实施例的冷却液为冷却水。由图可见，本发明高功率双包层光纤激光器和放大器输出端冷却装置，包括一金属套管1，该金属套管1由具有冷却水腔的第一半金属套管11和第二半金属套管12并合而成，在第一半金属套管11和第二半金属套管12的并合表面设有供双包层光纤5的头部紧密嵌套的光纤槽13，所述的第一半金属套管11设有进水管2，第二半金属套管12有出水管3，所述的第一半金属套管11和第二半金属套管12之间有冷却水连通管4，所述的双包层光纤5的头部紧密嵌套的光纤槽13内，该双包层光纤端面51靠近但不超出光纤槽13的端口。所述的进水管2和出水管3再与一冷却水源相连。
所述各部件的关系是：制冷循环水从进水管2进入金属套管11，经连通管4进入金属套管12，再经出水管3流出；由于光纤槽13和双包层光纤5紧配关系，双包层光纤5高功率运转时候，双包层光纤5输出端产生的大部分热量将通过热传导方式传递给金属套管1，而金属套管1的热又被循环的冷却水快速带走，从而实现对光纤头部制冷。
下面是一个具体实施例：
选取热传导性能良好的铝作为金属套管1的材料，制作长6cm，直径5cm的金属套管1。以内包层400/350μm，外径为600μm的D型双包层光纤5为冷却对象，在金属套管1上铣出直径略微小于600μm的光纤槽13。把端面已经磨平的双包层光纤5输出端放入金属套管1的光纤槽13内，由于双包层光纤5涂覆层具有一定韧性和弹性，当第一半金属套管11和第二半金属套管12合并时候，可以实现双包层光纤5与金属套管1间的紧配合，从而保证金属套管1与双包层光纤5头部间具有良好的热传导性能。冷水机(图中未示出)的温度设定在15摄氏度。这样，当双包层光纤激光器高功率运转时候，输出端所产生的热量，将不会大量沉积，从而避免光纤端面热损伤。
综上所述，本发明通过在双包层光纤输出端加一金属套管1，实现对双包层光纤5头部冷却，从而有效的避免高功率运转时热沉积对光纤端面造成损伤，提高***稳定性，延长使用寿命。
同时，由于增益介质温度升高会影响激光器和放大器的输出性能，例如：当增益介质温度升高时，激光转换效率会下降。本发明通过对双包层光纤头部的冷却，也将有利于提高激光器或放大器的转换效率。
Claims (4)
1、一种高功率双包层光纤激光器输出端冷却装置，其特征在于它包括一金属套管(1)，该金属套管(1)由结构相同的具有冷却液腔的第一半金属套管(11)和第二半金属套管(12)并合而成，在第一半金属套管(11)和第二半金属套管(12)的并合表面设有供双包层光纤(5)的头部紧密嵌套的光纤槽(13)，所述的第一半金属套管(11)设有冷却液进管(2)，第二半金属套管(12)有冷却液出管(3)，所述的第一半金属套管(11)和第二半金属套管(12)之间有冷却液通道(4)，所述的冷却液进管(2)和冷却液出管(3)再与一冷却液源相连。
2、根据权利要求1所述的高功率双包层光纤激光器输出端冷却装置，其特征在于所述的金属套管(1)的冷却液通道(4)由所述的第一半金属套管(11)和第二半金属套管(12)之间连通管构成。
3、根据权利要求1所述的高功率双包层光纤激光器输出端冷却装置，其特征在于所述的双包层光纤5的头部紧密嵌套的光纤槽(13)内，该双包层光纤端面(51)靠近但不超出光纤槽(13)的端口。
4、根据权利要求1所述的高功率双包层光纤激光器输出端冷却装置，其特征在于所述的冷却液为冷却水。
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