一种成缆式增益光纤温控系统的制作方法

1.本发明涉及高功率光纤激光领域，具体涉及一种成缆式增益光纤温控系统。


背景技术：

2.近年来，随着半导体泵浦技术和光纤激光技术的不断发展，光纤激光器的输出功率不断提升，但由于光纤激光器内部的热效应较为严重，高功率光纤激光器需要较多的温控元件，体积重量较大。这主要是因为目前的高功率光纤激光器采用单个激光器模块化设计的方案，单个激光器模块采用冷板进行温控，其散热结构占用了较高的体积和重量。光纤本身具有较高的比表面积，非常有利于高效温控，但冷板式温控往往直接将光纤盘绕粘于冷板上，未能充分利用光纤的表面积。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种成缆式增益光纤温控系统，充分利用增益光纤套管的表面积进行温控，降低高功率激光器的体积和重量，同时获得具有柔性的光纤激光输出路径。
4.本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种成缆式增益光纤温控系统，包括缆管、增益光纤套管组件、支撑件、缆管分支、密封头，支撑件和增益光纤套管组件安装在缆管内部，支撑件上设有用以增益光纤套管组件穿设的穿缆孔；缆管的两端设有用以缆管两端封堵的密封头，缆管分支连接到缆管侧壁；密封头和缆管分支上分别设有用以缆管内冷媒流体的接口；增益光纤套管组件的从密封头穿出。
6.进一步地，增益光纤套管组件包括增益光纤套管、增益光纤、导热层，增益光纤穿设于光纤套管内部，导热层填充在增益光纤和增益光纤套管之间。
7.进一步地，增益光纤完全包裹于增益光纤套管内部。
8.进一步地，接口还连接有向缆管内输送冷媒的制冷装置。
9.进一步地，冷媒为气液相变工质制冷流体，支撑件呈螺旋状。
10.进一步地，冷媒为液态非相变制冷流体，支撑件呈圆形片状，支撑件上还设有用以减小冷媒通过阻力的孔。
11.进一步地，增益光纤套管组件间隙穿过穿缆孔，满足缆管弯曲变形需求。
12.进一步地，导热层为导热硅油或导热硅脂。
13.进一步地，缆管、增益光纤套管和支撑件为柔性固体材料。
14.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
15.(1)本发明采用缆管分支对缆管的温度进行分段控制，通过分段控制可以更加精确控制增益光纤的温度；
16.(2)通过导热层的设置可以将增益光纤产生的热量有效传递到外部，便于进行冷却控温；
17.(3)通过支撑件的设置，将增益光纤套管组件之间隔开，使得增益光纤套管组件之间形成通道，便于冷媒流动；
18.(4)螺旋状的支撑件可以增加气液相变工质制冷流体在缆管内的有效流程、流速，改善换热效率；
19.(5)使用柔性固体材料制作的缆管、增益光纤套管和支撑件，可以根据需要移动、弯曲。
附图说明
20.图1是本发明的成缆式增益光纤温控系统结构示意图。
21.图2是本发明中的缆管内部结构示意图。
22.图3是本发明中的增益光纤套管组件截面示意图。
23.图4是本发明中的另外一种支撑件安装示意图。
24.图5是本发明中的密封头结构示意图。
25.图中，1、增益光纤套管组件；2、支撑件；3、缆管；4、缆管分支；5、密封头；6、导热层；7、增益光纤；8、接口；9、支撑件；10、穿缆孔；11、增益光纤套管；12、增益光纤；13、导热层；14、孔；15、密封胶；16、壳体。
具体实施方式
26.下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：
27.一种成缆式增益光纤温控系统，如图1-3所示，包括缆管3、增益光纤套管组件1、支撑件2、缆管分支4、密封头5，支撑件2和增益光纤套管组件1安装在缆管3的内部，支撑件2上设有用以增益光纤套管组件1穿设的穿缆孔10；缆管3的两端设有用以缆管两端封堵的密封头5，若干缆管分支4连接到缆管3的侧壁；密封头5和缆管分支4上分别设有用以缆管3内冷媒流体进出的接口8；增益光纤套管组件1从密封头5穿出。冷媒为液态非相变制冷流体或气液相变工质制冷流体。
28.接口8还连接有向缆管3内输送冷媒的制冷装置，制冷装置如冷水管、制冷管路，这里的接口既可以是缆管分支4上的接口，也可以是密封头上的接口。
29.密封头5如图5所示，包括壳体16，壳体16的一端连接到缆管3的端部，增益光纤套管组件1从缆管内由密封头的壳体16另外一端穿出，增益光纤套管组件1从壳体穿出的位置填充有密封胶15，在壳体16的侧面安装有接口8，冷媒从该接接口8处流入或流出缆管3。
30.增益光纤套管组件1间隙穿过穿缆孔10，当缆管3弯曲时，增益光纤套管组件1可以相对穿缆孔10移动，满足缆管3弯曲需要。
31.其中，增益光纤套管组件1包括增益光纤套管11、增益光纤12、导热层13，增益光纤12穿设于光纤套管11内部，导热层13填充在增益光纤12和增益光纤套管11之间，导热层13选用导热硅油或导热硅脂，通过导热层13将增益光纤12产生的热量有效传递到增益光纤套管11外部；增益光纤12完全包裹于增益光纤套管11内部。
32.支撑件9一方面使得增益光纤套管组件1之间形成间距，另外通过支撑件9对缆管3内流动的冷媒起到一定阻碍。冷媒为气液相变工质制冷流体(如氟利昂)时支撑件9呈螺旋状，通过螺旋状的支撑件9可以增加气液相变工质制冷流体在缆管内的有效流程、流速，改
善换热效率。
33.冷媒为液态非相变制冷流体(如水)时支撑件9还可以是圆形片状结构，如图4所示，支撑件9上还设有用以减小冷媒通过阻力的孔14。
34.缆管3、增益光纤套管11和支撑件9为柔性固体材料，如聚氯乙烯(pvc)弹性热塑体(tpe)等，满足变形、移动需要。当不需要弯曲、移动时缆管、增益光纤套管、支撑件也可以是刚性固定材料，如固体金属管。
35.本实施例中还提供了一种具体的实施方式：
36.单根增益光纤长5m，外径为1mm，发热功率为200w(发热密度为3.8
×
e4w/m2)；在缆管内包含60根增益光纤，总发热功率12kw，光缆内径5cm，光缆外径5.5cm。所使用增益光纤套管的内径为1.8mm，增益光纤套管的外径为2mm。根据光纤发热分布随着长度变化接近于指数函数变化的特点，对5m长的增益光纤进行分段温控，长度分别为1m、1m、1.5m、1.5m，如图1所示，在这四段的节点位置分别安装一个缆管分支。
37.冷媒选择r134a制冷剂，设置20
°
的工作温度，相应压力为0.5717mpa，相变潜热为182kj/kg，中流速设计为0.074kg/s，出口干度设计为0.9，进口总流入速度为60.4ml/s，出口工质总流速为2.4l/s。
38.工作过程如下：
39.增益光纤12工作时，所产生的的热量经过导热硅油或导热硅脂传递到增益光纤套管11的表面，冷媒从缆管分支4进入缆管3内，冷媒接触到增益光纤套管11后不断气化吸热并流动，同时支撑件9扰动冷媒的流速、方向，增加换热系数，使得增益光纤套管11获得均匀的温控效果，最终冷媒从缆管分支4或者密封头5的接口流出，进入压缩机和冷凝器重复循环利用。
40.本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，包括缆管、增益光纤套管组件、支撑件、缆管分支、密封头，所述支撑件和增益光纤套管组件安装在缆管内部，所述支撑件上设有用以增益光纤套管组件穿设的穿缆孔；所述缆管的两端设有用以缆管两端封堵的密封头，所述缆管分支连接到缆管侧壁；所述密封头和缆管分支上分别设有用以缆管内冷媒流体的接口；所述增益光纤套管组件的从密封头穿出。2.根据权利要求1所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述增益光纤套管组件包括增益光纤套管、增益光纤、导热层，所述增益光纤穿设于光纤套管内部，所述导热层填充在增益光纤和增益光纤套管之间。3.根据权利要求2所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述增益光纤完全包裹于增益光纤套管内部。4.根据权利要求1所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述接口还连接有向缆管内输送冷媒的制冷装置。5.根据权利要求1所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述冷媒为气液相变工质制冷流体，所述支撑件呈螺旋状。6.根据权利要求1所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述冷媒为液态非相变制冷流体，所述支撑件呈圆形片状，所述支撑件上还设有用以减小冷媒通过阻力的孔。7.根据权利要求1所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述增益光纤套管组件间隙穿过穿缆孔。8.根据权利要求2所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述导热层为导热硅油或导热硅脂。9.根据权利要求2所述的一种成缆式增益光纤温控系统，其特征在于，所述缆管、增益光纤套管和支撑件为柔性固体材料。

技术总结
本发明涉及一种成缆式增益光纤温控系统，包括缆管、增益光纤套管组件、支撑件、缆管分支、密封头，支撑件和增益光纤套管组件安装在缆管内部，支撑件上设有用以增益光纤套管组件穿设的穿缆孔；缆管的两端设有用以缆管两端封堵的密封头，缆管分支连接到缆管侧壁；密封头和缆管分支上分别设有用以缆管内冷媒流体的接口；增益光纤套管组件的从密封头穿出。本发明采用缆管分支对缆管的温度进行分段控制，通过分段控制可以更加精确控制增益光纤的温度，充分利用增益光纤套管的表面积进行温控，降低高功率激光器的体积和重量。高功率激光器的体积和重量。高功率激光器的体积和重量。


技术研发人员：李福建 隋展 崔勇 饶大幸 史建 张发旺 季来林 高妍琦
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2022/3/8