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放大器的混合散熱裝置，本發(fā)明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)：

光纖激光器一直是人們關(guān)注的問題，并且摻鐿光纖的輸出功率達(dá)到了百瓦級別。在許多商業(yè)和軍事領(lǐng)域使用這種激光作為熱源，來進(jìn)行印刷、焊接、刻蝕、醫(yī)學(xué)和遙感等。摻雜稀土光纖激光器在光-光和電-光轉(zhuǎn)換效率、單模低噪聲輸出和可調(diào)性較寬等方面有良好的性能?，F(xiàn)在人們感興趣的是如何進(jìn)一步將摻雜稀土金屬光纖激光器的輸出功率擴(kuò)展至千瓦級別。在研發(fā)的過程中，增益介質(zhì)光纖放大器面臨很多熱管理難題。

光纖激光器內(nèi)的溫度分布取決于泵浦光束強度，材料的熱性能（玻璃纖維或晶體塊和包覆材料），幾何結(jié)構(gòu)和冷卻介質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)的光纖設(shè)計中，纖芯溫度隨著泵浦輸出功率的增加而升高，影響光纖激光器的性能。光纖激光器的產(chǎn)熱部位分為四部分：泵浦源LD半導(dǎo)體二極管生熱，LD中只有40%~50%的光電轉(zhuǎn)換效率，其余50%~60%的電能轉(zhuǎn)換為廢熱；有源光纖（摻雜光纖）生熱，光纖芯內(nèi)部的增益介質(zhì)受到LD輸出的激光照射，存在光光轉(zhuǎn)換效率，也就是直接的量子虧損，將一部分的光能轉(zhuǎn)換為熱量；光功率剝離器生熱，包層光纖中的光剝離出去時，其轉(zhuǎn)換為熱而散發(fā)出去；光纖熔接點生熱，熔接質(zhì)量的好壞會引起不同程度上的光泄露和耗散而產(chǎn)生熱量。

對于有源光纖生熱，采用了很多冷卻方法，如強制空氣冷卻、微通道均溫板、相變冷卻等，可以將光纖前段的溫度波動穩(wěn)定在2~3℃范圍內(nèi)。但是在激光連續(xù)泵浦運行的過程中，排除光纖剝離和熔接質(zhì)量的因素后，在熔接點處光纖由于局部高溫難以處理而經(jīng)常發(fā)生熔斷，嚴(yán)重影響了激光系統(tǒng)長期運行的安全性。因此，本發(fā)明為光纖放大器提出一套整體可拆卸冷卻裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種可拆卸的用于高功率光纖放大器的混合散熱裝置。

本發(fā)明的混合散熱裝置，包括網(wǎng)格狀冷卻板和散熱器，所述網(wǎng)格狀冷卻板表面刻蝕V型槽道，用于放置光纖，所述冷卻板內(nèi)部有橫向和縱向孔道，孔道內(nèi)有冷卻介質(zhì)；所述散熱器的下表面包覆在光纖熔接點上，上表面與納米多孔材料熱管的蒸汽室貼合，所述熱管中，蒸汽室通過納米多孔膜與冷凝室連接；所述冷凝室的下表面與熱沉的上表面貼合。

冷卻板表面刻蝕了寬度為1mm~2mm的v型槽道，用于放置光纖。其內(nèi)部橫向為21個直徑2mm的小孔，縱向為兩路貫穿所有小孔的直徑為3mm的大孔，材質(zhì)為鋁，孔道中的冷卻介質(zhì)可以是水、乙醇、納米流體等。

光纖熔接點處的局部高溫?zé)狳c將熱量經(jīng)散熱器傳給熱管內(nèi)部的蒸汽室，蒸汽室內(nèi)的液體受到加熱后變成蒸汽，蒸汽經(jīng)納米多孔膜冷卻后形成液滴流入冷凝室，冷凝室內(nèi)的液滴熱量進(jìn)一步傳遞給熱沉，從而降低光纖放大器的局部高溫。

散熱器材質(zhì)為Cu，下表面包覆在光纖熔接點上，可以是平面形式部分包覆；也可以是U型、Ο型、Π型和∧型等多種形式包覆。

熱管中的芯層為一層納米多孔膜，該納米多孔膜材質(zhì)為導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)1000~2000 W/(m·K)的高分子材料，光纖熔接點處的局部高溫?zé)狳c加熱蒸汽室內(nèi)的液體，液體受到加熱后變成蒸汽，蒸汽經(jīng)納米多孔膜冷卻后變成液滴流入冷凝室，冷凝室內(nèi)的液滴熱量進(jìn)一步傳遞給熱沉，從而降低光纖放大器的局部高溫。

其工作方式是連續(xù)泵譜的光纖運行過程中，纖芯溫度升高后，光纖外包層與冷卻板進(jìn)行熱交換，帶走大部分熱量；光纖熔接點處的局部高溫?zé)狳c將熱量經(jīng)散熱器傳遞給熱管內(nèi)部的蒸汽室，蒸汽室內(nèi)的液體受到加熱后變成蒸汽，蒸汽經(jīng)納米多孔膜冷卻后形成液滴流入冷凝室，冷凝室內(nèi)的液滴熱量進(jìn)一步傳遞給熱沉，從而降低光纖放大器的局部高溫。

本發(fā)明的新型散熱裝置為一種混合型散熱方式，能夠在不增加高功率光纖功率損耗的同時，噪聲小、溫度場均勻，有效散失有源光纖各部分的熱量，具有高可靠性和操作性等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為整體散熱結(jié)構(gòu)圖；

圖2為熱管結(jié)構(gòu)圖；

圖3為冷卻板結(jié)構(gòu)圖；

1-冷卻板，2-熱管，3-散熱器，4-熱沉，5-光纖耦合器盒，6-蒸汽室，7-冷凝室，8-納米多孔膜。

具體實施方式

本發(fā)明的混合散熱裝置，包括網(wǎng)格狀冷卻板和散熱器，所述網(wǎng)格狀冷卻板表面刻蝕V型槽道，用于放置光纖，所述冷卻板內(nèi)部有橫向和縱向孔道，孔道內(nèi)有冷卻介質(zhì)；所述散熱器的下表面包覆在光纖熔接點上，上表面與納米多孔材料熱管的蒸汽室貼合，所述熱管中，蒸汽室通過納米多孔膜與冷凝室連接；所述冷凝室的下表面與熱沉的上表面貼合。

該裝置主要基于納米多孔膜導(dǎo)熱系數(shù)高，蒸汽室6內(nèi)的液體蒸發(fā)后，蒸汽經(jīng)納米多孔膜8迅速擴(kuò)散至冷凝室7這一特性，利用納米多孔膜8的高毛細(xì)芯壓力進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，提高熱管2的散熱效率，將光纖放大器的局部熱點溫度通過被動散熱方式降低至正常工作區(qū)間。熱管中的冷卻液體可以是水、甲醇、乙醇、納米流體等。冷卻板1的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)為一種主動散熱方式，消除了工作流體之間的溫度梯度，將長光纖運行的溫度保持整體均勻。

在實施中，首先按圖3加工出網(wǎng)格狀流體通道，冷卻板1上表面刻蝕出v型槽道，將光纖耦合器盒5和耦合之后的長光纖放置在冷卻板的上表面，用螺釘固定光纖耦合器盒5。

圖1為整體散熱結(jié)構(gòu)示意圖；在使用前將圖3所示網(wǎng)格冷卻板1的進(jìn)口通入工質(zhì)流體。該光纖放大器散熱方案的具體工作方式為：連續(xù)泵浦光在激發(fā)光纖纖芯中的增益介質(zhì)后，光纖生熱，溫度升高。大部分光纖的熱量與網(wǎng)格冷卻板1內(nèi)的冷卻流體發(fā)生對流換熱，由冷卻板1均勻降溫。光纖熔接點的局部高溫?zé)狳c將熱量傳遞至包覆在其上表面的散熱器3；當(dāng)散熱器3的溫度達(dá)到一定值時，熱量傳遞到熱管的蒸汽室6后，蒸汽室6內(nèi)的液體蒸發(fā)變成蒸汽，蒸汽經(jīng)納米多孔膜8后形成液滴，高溫液體將熱量傳遞至冷凝室7，冷凝室7將高溫液體的熱量傳遞給溫度更低的熱沉4。經(jīng)過以上兩部分的混合散熱，從而保證有源光纖軸向各處的外表面溫度在正常工作范圍。

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(hù)的范圍。