專利名稱：集成光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集成光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器以其低閾值、高效率、全固化、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)成為近幾年來研究的熱點(diǎn)。全光纖激光器從激光的產(chǎn)生到激光的傳輸，全部在柔軟的光纖中進(jìn)行，從而表現(xiàn)出了眾多顯著的優(yōu)越性，在材料加工和處理、工業(yè)制造、泵浦、醫(yī)療等應(yīng)用方面，全光纖激光器發(fā)揮了越來越大的優(yōu)勢，現(xiàn)在對光纖激光器的需求也向著大功率和小型化、便攜性發(fā)展。與傳統(tǒng)固體激光器相比，光纖激光器具有很大的表面積與體積比，在功率不高時可有效散熱，但是隨著輸出功率的不斷提高，熱效應(yīng)將嚴(yán)重制約著光纖激光器的輸出功率和光束質(zhì)量，因此熱效應(yīng)是高功率光纖激光器必須考慮的因素之一。 光纖激光器內(nèi)部產(chǎn)生的過高的熱量嚴(yán)重影響激光器正常工作，甚至毀壞光纖器件，如由于基質(zhì)材料熱膨脹而引起的應(yīng)力和折射率變化，光纖包層的熱致老化，最后可能會出現(xiàn)炸裂。嚴(yán)重的熱效應(yīng)給小型化高功率光纖激光器帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種集成光纖激光器，以提高高功率光纖激光器的散熱能力。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種集成光纖激光器，包括冷卻柱，包括呈中空柱形或中空臺形的冷卻柱主體,該冷卻柱主體內(nèi)部填充冷卻液；泵浦模塊,設(shè)置于冷卻柱主體中空部的面上，與電源相連接，用于產(chǎn)生泵浦激光；增益光纖，纏繞于冷卻柱主體的外表面上，其通過高反射光纖光柵連接至泵浦模塊的輸出端，通過低反射光纖光柵連接至集成光纖激光器的輸出端，用于將泵浦模塊產(chǎn)生的泵浦激光增益輸出。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明集成光纖激光器具有以下有益效果(I)采用立體化的方式，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)；(2)充分利用冷卻柱的表面,包括內(nèi)表面和外表面,使高功率光纖激光器在擁有小型體積的同時，能夠有效提聞散熱能力；(3)電路、光路、冷卻管集成在一個整體中，保持了模塊化設(shè)計，同時，熱處理和各模塊空間分布體現(xiàn)良好的結(jié)合，解決內(nèi)外表面的空間分布、連通問題，和器件排布問題。


圖IA為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成光纖激光器的立體圖；圖IB為圖IA所示集成光纖激光器在另一個角度的立體圖
圖2為圖IA所示集成光纖激光器的俯視圖；圖3為圖IA所示集成光纖激光器的正視圖。主要元件符號說明I、2-激光二極管；3-高反射光纖光柵；4-低反射光纖光柵；5-合束器；6-支撐腳；7-冷卻液嘴；8-增益光纖；9-光纖激光器輸出端；10-冷卻柱主體； 11-進(jìn)冷卻液管；
12-出冷卻液管； 13-冷卻液管。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。此外，以下實(shí)施例中提至IJ的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明。圖IA為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的集成光纖激光器的立體圖。圖IB為圖IA所示集成光纖激光器在另一個角度的立體圖。請參照圖IA和圖1B，該立體式集成光纖激光器包括泵浦模塊、高反射光纖光柵3、低反射光纖光柵4、合束器5、冷卻液嘴7、增益光纖8、光纖激光器輸出端9和冷卻柱主體10。請參照圖IA和圖1B，冷卻柱主體10包括冷卻柱主體10和連接于該冷卻柱主體的若干的支撐腳6，該冷卻柱主體10呈中空柱形或臺形，其內(nèi)部充滿冷卻液，在其上表面或下表面設(shè)置冷卻液的進(jìn)口和出口。冷卻柱主體10的外部為圓柱形，該圓柱形外表面刻有纏繞光纖的凹槽，該凹槽的曲率與光纖的直徑相匹配，防止纏繞于其上的增益光纖8滑落。冷卻柱主體的材料為鋁、銅等導(dǎo)熱良好的金屬。冷卻柱主體也可以呈類圓柱形或臺形，例如橢圓形。冷卻柱主體10的中空部具有四個平面，分為兩個部分，分別放置泵浦模塊和包括合束器5、高反射光纖光柵3、低反射光纖光柵4的光纖器件模塊,該泵浦模塊和光纖器件模塊優(yōu)選地設(shè)置于相對的兩個平面上。當(dāng)然，冷卻柱主體的內(nèi)表面也不限于四個平面，也可為任意個平面，包括弧形曲面。如圖IA和圖IB所示，在冷卻柱主體10的上、下表面，分別有對稱的4個支撐腳6。如圖2和圖2所示，支撐腳6間的空隙構(gòu)成內(nèi)外表面的光纖連接通道，光纖可在內(nèi)外表面自
由穿梭。圖2為圖I所示集成光纖激光器冷卻柱主體10內(nèi)表面各部件的布置示意圖。以下各器件請參照圖2。泵浦模塊設(shè)置于冷卻柱的內(nèi)表面，與電源輸入的正負(fù)極相連接，在電源輸入的激勵下產(chǎn)生泵浦激光，其可以包括若干個泵浦激光器。如圖2所示，泵浦模塊包括激光二極管
I和激光二極管2，分別連有泵浦模塊的電源輸入的正負(fù)極。當(dāng)然，LD模塊并不僅限于圖2所示的2個二極管，其包含I個及以上的激光二極管。合束器5設(shè)置于冷卻柱的內(nèi)表面，其輸入端連接于泵浦模塊中多個激光二極管的輸出端，其輸出端通過高反射光纖光柵3連接至將增益光纖8。若干個泵浦激光器產(chǎn)生的多束泵浦激光合束，當(dāng)然，如果泵浦模塊只包括一泵浦激光器時，該合束器5也可以省略；光纖光柵部分包括高反射光纖光柵3和其輸入輸出光纖、低反射光纖光柵4和其輸入輸出光纖。高反射光纖光柵3,設(shè)置于冷卻柱主體10的內(nèi)表面,其輸入端連接至合束器
5的輸出端，將合束后的泵浦激光反射至增益光纖。低反射光纖光柵4，設(shè)置于冷卻柱主體10的內(nèi)表面，其輸入端連接至增益光纖8的輸出端，用于將經(jīng)過增益的激光輸出。
增益光纖8纏繞于冷卻柱主體10的外表面的凹槽內(nèi)，其通過高反射光纖光柵3連接至合束器的輸出端，其通過低反射光纖光柵4連接至該立體式集成光纖激光器的輸出端。增益光纖8與高反射光纖光柵3、低反射光纖光柵4之間的連接光纖可在冷卻柱主體10上下表面的支撐腳6之間的空隙處自由穿梭。冷卻管連接如圖3所示，冷卻柱主體10上表面共有兩個對稱的冷卻液嘴7，一個為進(jìn)冷卻液嘴，另一個為出冷卻液嘴，分別連接有進(jìn)冷卻液管11和出冷卻液管12，下表面有對應(yīng)的兩個冷卻液嘴并有冷卻液管13相連，這樣形成一個冷卻液流通道，進(jìn)行冷卻柱主體10內(nèi)部所有的冷卻液循環(huán)，把光纖激光器工作時內(nèi)部產(chǎn)生的熱量全部帶走。當(dāng)然，冷卻液嘴也可在冷卻柱上對稱位置進(jìn)行增加。不限于4個。冷卻液可以是水以及其他比熱容較大的液體，也可以是液氦、液氮等低溫液體。本發(fā)明通過內(nèi)部充滿流動的冷卻液的冷卻柱將光纖激光器各模塊高度集成為一體，充分利用三維空間進(jìn)行熱管理，保證高功率光纖激光器在有限的體積內(nèi)可將熱量散出，維持激光器正常穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了高功率全光纖激光器實(shí)現(xiàn)高度集成和小型化。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成光纖激光器，其特征在于，包括 冷卻柱,包括呈中空柱形或中空臺形的冷卻柱主體,該冷卻柱主體內(nèi)部填充冷卻液； 泵浦模塊，設(shè)置于所述冷卻柱主體中空部的面上，與電源相連接，用于產(chǎn)生泵浦激光； 增益光纖，纏繞于所述冷卻柱主體的外表面上，其通過高反射光纖光柵連接至所述泵浦模塊的輸出端，通過低反射光纖光柵連接至集成光纖激光器的輸出端，用于將泵浦模塊產(chǎn)生的泵浦激光增益輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光纖激光器，其特征在于，在所述冷卻柱主體的上表面或下表面設(shè)置進(jìn)冷卻液嘴和出冷卻液嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成光纖激光器，其特征在于，在冷卻柱主體的上表面設(shè)置對稱的進(jìn)冷卻液嘴和出冷卻液嘴，分別連接有進(jìn)冷卻液管和出冷卻液管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成光纖激光器，其特征在于，在冷卻柱主體的下表面設(shè)置與所述進(jìn)冷卻液嘴和出冷卻液嘴對稱的兩冷卻液嘴，該兩冷卻液嘴通過冷卻液管相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光纖激光器，其特征在于，所述冷卻柱主體的外表面具有凹槽，所述增益光纖纏繞于所述凹槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成光纖激光器，其特征在于，所述凹槽的曲率與所述增益光纖的直徑匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的集成光纖激光器，其特征在于，所述冷卻柱主體呈中空圓柱形，其材料為導(dǎo)熱良好的金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的集成光纖激光器，其特征在于，所述泵浦模塊包括兩個或兩個以上的激光二極管； 該集成光纖激光器還包括合束器，設(shè)置于所述冷卻柱主體中空部的面上，其輸入端分別連接于泵浦模塊中兩個或兩個以上的激光二極管的輸出端，其輸出端通過高反射光纖光柵連接至將增益光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集成光纖激光器，其特征在于，冷卻柱主體的中空部具有四個平面； 泵浦模塊設(shè)置于所述四個平面其中之一的第一平面上； 所述合束器、高反射光纖光柵、低反射光纖光柵設(shè)置于所述四個平面中與所述第一平面相對的另一個平面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的集成光纖激光器,其特征在于,在冷卻柱主體的上表面或下表面設(shè)置有若干的支撐腳； 所述增益光纖與高反射光纖光柵之間、所述增益光纖與低反射光纖光柵之間均通過連接光纖相連接，該連接光纖通過支撐腳之間的空隙穿梭。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的集成光纖激光器，其特征在于，所述冷卻柱主體內(nèi)部填充的冷卻液為水、液氦或液氮。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種集成光纖激光器，包括冷卻柱，包括呈中空柱形或中空臺形的冷卻柱主體，該冷卻柱主體內(nèi)部填充冷卻液；泵浦模塊，設(shè)置于冷卻柱主體中空部的面上，與電源相連接，用于產(chǎn)生泵浦激光；增益光纖，纏繞于冷卻柱主體的外表面上，其通過高反射光纖光柵連接至泵浦模塊的輸出端，通過低反射光纖光柵連接至集成光纖激光器的輸出端，用于將泵浦模塊產(chǎn)生的泵浦激光增益輸出。該集成光纖激光器充分利用冷卻柱的表面，包括內(nèi)表面和外表面，使高功率光纖激光器能夠有效提高散熱能力。
文檔編號H01S3/042GK102891423SQ20121036288
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者林學(xué)春, 楊盈瑩, 于海娟, 韓澤華, 張玲, 孫偉 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所