ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР С КОМПРЕССИОННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2025 года по МПК H01S3/04 

Техническая область

[0001] Настоящее изобретение относится к волоконному лазеру с компрессионным охлаждением, в котором используется компрессионное охлаждение для контроля температуры источника света накачки внутри корпуса.

Уровень техники

[0002] При использовании мощных лазеров большое значение имеет механизм охлаждения. При обычном лазерном охлаждении для охлаждения используется в основном механизм с водяным охлаждением, причем механизм с водяным охлаждением имеет большие размеры и строгие условия установки, что мешает переносной сварке на открытом воздухе.

[0003] В настоящее время в некоторых лазерах для теплоотвода используются механизмы воздушного охлаждения и теплоотвода, в большинстве из них используются вентиляторы непосредственно для теплоотвода от источника тепла или радиатора, например CN 212114287 U, поскольку оптическое оборудование является относительно сложным, воздуховод проходит непосредственно через оптическое оборудование или рядом с ним, что может легко повлиять на оптическое оборудование, вызывая снижение некоторых показателей и снижая надежность оборудования. В предшествующем уровне техники также существуют волоконные лазеры с воздушным охлаждением и теплоотводом, в которых используется компрессионное охлаждение, например, в документе CN 103279149 A раскрыта конструкция, в которой применяются циклы охлаждения и нагрева компрессора для поддержания постоянной температуры лазера, а в документе CN 203071389 U описано небольшое лазерное устройство, использующее компрессионное охлаждение с переменной частотой, однако во всех них используется только простой принцип сжатия с переменной частотой, а структура не оптимизирована с учетом характеристик волоконного лазера и принципа компрессионного охлаждения, их конструкция холодильной системы сложна и неразумна, а мощность теплопередачи низкая, что влияет на холодопроизводительность всей системы, выходная мощность мала, а эффект изоляции воздуховодов слабый, что влияет на стабильность работы устройства.

Сущность изобретения

Технические решения

[0004] Принимая во внимание недостатки предшествующего уровня техники, настоящее изобретение обеспечивает волоконный лазер с компрессионным охлаждением, который преодолевает недостатки предшествующего уровня техники и имеет разумную конструкцию.

[0005] Для достижения вышеуказанных целей настоящее изобретение реализуется с помощью следующих технических решений:

[0006] Волоконный лазер с компрессионным охлаждением, согласно настоящему изобретению, включает в себя основной блок лазера, причем основной блок лазера имеет корпус лазера, в корпусе расположены оптическая часть волоконного лазера, устройство охлаждения лазера, приводная часть лазера и часть оптоэлектронного интерфейса.

[0007] Оптическая часть используется для излучения сигналов волоконного лазера и включает в себя блок лазера накачки, часть усиливающего волокна, пластину контроля температуры, приводное устройство оптической части и предпочтительно включает в себя объединитель N+1 прямых и обратных волокон.

[0008] Блок лазера накачки представляет собой один или несколько полупроводниковых лазеров, предпочтительно полупроводниковый лазер используется для создания лазера накачки с длиной волны 976 нм с поглощением резонатора усиления в определенном температурном диапазоне.

[0009] Часть усиливающего волокна предпочтительно представляет собой усиливающее волокно, легированное иттербием, а также первую дифракционную решетку и вторую дифракционную решетку, расположенные на обоих концах усиливающего волокна, легированного иттербием.

[0010] Пластина контроля температуры представляет собой холодную пластину, полупроводниковый лазер и/или часть усиливающего волокна установлены на холодной пластине, а холодная пластина представляет собой холодную пластину с заглубленными трубками, которая может быть односторонней холодной пластиной с заглубленными (медными) трубками или двусторонней холодной пластиной с заглубленными (медными) трубками (холодная пластина действует как испаритель в процессе охлаждения).

[0011] Объединитель N+1 прямых и обратных волокон используется для передачи комбинированного света накачки, излучаемого блоком лазера накачки, в часть усиливающего волокна.

[0012] Предпочтительно, блок лазера накачки оптической части, часть усиливающего волокна и объединитель прямых и обратных волокон N+1 были интегрированы и установлены на холодной пластине пластины контроля температуры, при этом холодная пластина представляет собой плоскую панельную конструкцию со встроенными внутри нее (медными) трубопроводами хладагента холодной пластины.

[0013] Устройство охлаждения лазера состоит из компрессора (переменной частоты), конденсатора, трубопровода хладагента, клапана расширения и вентилятора (переменной частоты) (оно также может содержать электромагнитный четырехходовой реверсивный клапан и резервуар для хранения хладагента), это система контроля температуры сжатия с переменной частотой и фазовым изменением, используемая для обеспечения охлаждения полупроводниковых лазеров с большой разницей температур; при этом трубопровод хладагента холодной пластины соединен с трубопроводом хладагента устройства охлаждения лазера для циркуляции и обращения хладагента, а компрессор переменной частоты соединен с конденсатором и трубопроводом хладагента холодной пластины через трубопровод хладагента, причем трубопровод хладагента и трубопровод хладагента холодной пластины заполнены хладагентом.

[0014] Предпочтительно, устройство охлаждения лазера также включает в себя осушающий фильтр, причем осушающий фильтр расположен между конденсатором и клапаном теплового расширения.

[0015] Предпочтительно, конденсатор оснащен алюминиевым теплообменником с параллельным потоком.

[0016] Приводная часть лазера используется для привода устройства охлаждения лазера и оптической части.

[0017] Часть оптоэлектронного интерфейса используется для оптоэлектронного соединения между основным блоком лазера и внешней средой, включая входной порт источника питания оборудования, интерфейс предохранителя, входной интерфейс управляющего сигнала, выходной интерфейс оптического кабеля и т.д.

[0018] Входной интерфейс источника питания оборудования используется для внешнего источника питания; интерфейс предохранителя используется для защитной блокировки лазера; входной интерфейс управляющего сигнала используется для ввода внешних управляющих сигналов.

[0019] Корпус представляет собой приблизительно прямоугольный корпус, который окружен передней пластиной шкафа, задней пластиной шкафа, верхней пластиной шкафа, нижней пластиной шкафа, левой пластиной шкафа и правой пластиной шкафа.

[0020] Корпус имеет верхнюю пластину шкафа и соответствующую нижнюю пластину шкафа, между верхней и нижней пластинами шкафа расположены четыре боковые панели, а именно первая боковая пластина (т.е. левая пластина шкафа), вторая боковая пластина (т.е. передняя пластина шкафа), третья боковая пластина (т.е. правая пластина шкафа) и четвертая боковая пластина (т.е. задняя пластина шкафа), подключаемые последовательно; первая боковая пластина расположена напротив третьей боковой пластины (т.е. левая пластина шкафа находится напротив правой пластины шкафа), а вторая боковая пластина противоположна четвертой боковой пластины (т.е. передняя пластина шкафа находится напротив задней пластины шкафа).

[0021] Площадь первой боковой пластины больше площади второй боковой пластины, а площадь первой боковой пластины больше площади четвертой боковой пластины; площадь третьей боковой пластины больше площади второй боковой пластины, а площадь третьей боковой пластины больше площади четвертой боковой пластины.

[0022] При этом, верхняя пластина шкафа и нижняя пластина шкафа снабжены соответственно первым вентиляционным отверстием и вторым вентиляционным отверстием, а между двумя вентиляционными отверстиями образован канал циркуляции воздуха снизу вверх. Предпочтительно, на нижней стороне верхней пластины шкафа установлена первая группа вентиляторов, а на верхней стороне нижней пластины шкафа установлена вторая группа вентиляторов, опционально, может быть только первая группа вентиляторов верхней пластины шкафа или вторая группа вентиляторов нижней пластины шкафа. Поскольку воздух обычно имеет тенденцию подниматься после нагревания, чтобы предотвратить нарушение воздушного потока и ускорить отток тепла, направление вращения вентилятора задается так, чтобы ускорять поток воздуха, поступающий из вентиляционных отверстий в нижней части корпуса лазера и затем вытекающий из вентиляционных отверстий в верхней части корпуса лазера.

[0023] Холодная пластина представляет собой плоскую панельную конструкцию, которая имеет четыре боковые стороны, первую поверхность холодной пластины, на которой установлен полупроводниковый лазер, и противоположную вторую поверхность холодной пластины, причем холодная пластина установлена вертикально на внутренней стороне корпуса лазера.

[0024] Корпус имеет внутреннее пространство между верхней пластиной шкафа и нижней пластиной шкафа (т.е. пространство, окруженное шестью панелями корпуса), это внутреннее пространство разделено на первое внутреннее пространство рядом с первой боковой пластиной и второе внутреннее пространство рядом с третьей боковой пластиной.

[0025] Первое вентиляционное отверстие расположено в части соответствующего второго внутреннего пространства верхней пластины шкафа, а второе вентиляционное отверстие расположено в части соответствующего второго внутреннего пространства нижней пластины шкафа.

[0026] При этом оптическая часть, включающая холодную пластину, установлена в первом внутреннем пространстве, холодная пластина в основном параллельна первой боковой пластине (т.е. левой пластине шкафа), первая поверхность холодной пластины обращена внутрь первой боковой пластины корпуса (т.е. левой пластины шкафа), вторая поверхность холодной пластины обращена к третьей боковой пластине корпуса, вторая поверхность холодной пластины служит границей раздела между первым внутренним пространством и вторым внутренним пространством.

[0027] Четыре боковые стороны холодной пластины контактируют с верхней пластиной шкафа корпуса, нижней пластиной шкафа корпуса, второй боковой пластиной и четвертой боковой пластиной корпуса соответственно, холодная пластина и корпус вместе образуют герметичное первое внутреннее пространство, вторая поверхность холодной пластины образует полную разделительную поверхность между первым внутренним пространством и вторым внутренним пространством, первое внутреннее пространство и второе внутреннее пространство полностью разделены, в результате чего воздух, проходящий между первым вентиляционным отверстием и вторым вентиляционным отверстием, не будет проходить через первое внутреннее пространство, что предотвратит воздействие на оптическую часть.

[0028] Выступающая конструкция ребер теплоотвода холодной пластины предпочтительно может быть расположена на стороне холодной пластины, обращенной ко второму пространству (второй поверхности холодной пластины). Предпочтительно, выступающая конструкция ребер теплоотвода холодной пластины представляет собой множество выступающих ребер, проходящих в вертикальном направлении, причем между множеством выступающих ребер образованы вертикальные канавки, проходящие в вертикальном направлении.

[0029] Устройство охлаждения лазера установлено во втором внутреннем пространстве, то есть компрессор, конденсатор, трубопровод хладагента, клапан расширения, вентилятор (в некоторых вариантах осуществления также содержит электромагнитный четырехходовой реверсивный клапан, резервуар для хранения хладагента) и другие устройства расположены во втором внутреннем пространстве; при этом, конденсатор расположен на верхней стороне второго внутреннего пространства (для облегчения отвода тепла), конденсатор включает в себя устройство конденсационных ребер с заглубленным в него трубопроводом хладагента, причем устройство конденсационных ребер расположено между компрессорным устройством и первым вентиляционным отверстием.

[0030] Устройство конденсационных ребер установлено на нижней стороне первого вентиляционного отверстия верхней пластины шкафа, при этом, устройство конденсационных ребер имеет множество зазоров между ребрами, и это множество зазоров между ребрами образует канал снизу вверх, в результате чего устройство конденсационных ребер не блокирует канал циркуляции воздуха.

[0031] Первое вентиляционное отверстие расположено на верхней стороне второго внутреннего пространства, а второе вентиляционное отверстие расположено на нижней стороне второго внутреннего пространства.

[0032] Предпочтительно первая группа вентиляторов расположена на нижней стороне группы конденсационных ребер и верхней стороне компрессора, то есть между группой конденсационных ребер и компрессором; конечно, первая группа вентиляторов также может быть расположена на нижней стороне первого вентиляционного отверстия и верхней стороне группы конденсационных ребер, то есть между первым вентиляционным отверстием и конденсационным устройством, чтобы сделать поток воздуха в канале более стабильным.

[0033] Предпочтительно вторая группа вентиляторов расположена между компрессором и вторым вентиляционным отверстием.

[0034] Вторая боковая пластина корпуса имеет область установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины и область поверхности теплоотвода возле третьей боковой пластины; причем область установки оптоэлектронного интерфейса используется для установки по меньшей мере некоторых или всех интерфейсов части оптоэлектронного интерфейса.

[0035] Область установки оптоэлектронного интерфейса второй боковой пластины соответствует стороне первого внутреннего пространства, поскольку в первом внутреннем пространстве имеются оптические компоненты, такие как источники света накачки и усиливающие волокна, то установка оптоэлектронного интерфейса в области установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины позволяет напрямую подключать оптическое устройство, расположенное в первом внутреннем пространстве, и избежать длинной и сложной внутренней оптоэлектронной проводки.

[0036] Площадь поверхности теплоотвода второй боковой пластины соответствует стороне второго внутреннего пространства, поскольку во втором внутреннем пространстве установлено устройство охлаждения и сформирован канал воздушного охлаждения, в области поверхности теплоотвода второй боковой пластины предусмотрена поверхностная структура для усиления теплоотвода, что позволяет улучшения теплоотвод устройства. Поверхность теплоотвода снабжена множеством выступов теплоотвода, предпочтительно, выступы теплоотвода могут быть предусмотрены на стороне области поверхности теплоотвода, обращенной наружу корпуса, и/или на стороне, обращенной внутрь корпуса.

[0037] Аналогичным образом, предпочтительно, четвертая боковая пластина корпуса также может быть расположена таким же образом, как и вторая боковая пластина.

[0038] Четвертая боковая пластина имеет область установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины и область поверхности теплоотвода возле третьей боковой пластины; причем область установки оптоэлектронного интерфейса используется для установки по меньшей мере некоторых или всех интерфейсов части оптоэлектронного интерфейса.

[0039] Область установки оптоэлектронного интерфейса четвертой боковой пластины соответствует стороне первого внутреннего пространства, поскольку в первом внутреннем пространстве имеются оптические компоненты, такие как источники света накачки и усиливающие волокна, то установка оптоэлектронного интерфейса в области установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины позволяет напрямую подключать оптическое устройство, расположенное в первом внутреннем пространстве, и избежать длинной и сложной внутренней оптоэлектронной проводки.

[0040] Площадь поверхности теплоотвода четвертой боковой пластины соответствует стороне второго внутреннего пространства, поскольку во втором внутреннем пространстве установлено устройство охлаждения и сформирован канал воздушного охлаждения, в области поверхности теплоотвода четвертой боковой пластины предусмотрена поверхностная структура для усиления теплоотвода, что позволяет улучшения теплоотвод устройства. Поверхность теплоотвода снабжена множеством выступов теплоотвода, предпочтительно, выступы теплоотвода могут быть предусмотрены на стороне области поверхности теплоотвода, обращенной наружу корпуса, и/или на стороне, обращенной внутрь корпуса.

[0041] В некоторых вариантах осуществления поверхность третьей боковой пластины корпуса, обращенная наружу корпуса, и/или поверхность, обращенная внутрь корпуса, имеет выступающую структуру, что улучшает теплоотвод.

[0042] Предпочтительно размер корпуса шкафа составляет 650 мм ×300 мм ×570 мм. Предпочтительно, в четырех углах нижней пластины шкафа корпуса шкафа установлено универсальное колесо. Корпус выполнен из алюминиевого профиля, который удобен при сборке, разборке и техническом обслуживании и обеспечивает теплоотвод при одновременной экономии места в шкафу. Предпочтительно волоконные лазеры с компрессионным охлаждением используются в портативных аппаратах для сварки волокон.

Полезные эффекты

[0043] Настоящее изобретение предлагает волоконный лазер с компрессионным охлаждением, который имеет разумную конструкцию волоконного лазера и устройства компрессионного охлаждения, за счет чего тепло лазера быстро отводится без ущерба для стабильности лазера.

[0044] За счет интеграции источника света накачки, объединителя и усиливающего волокна волоконного лазера на холодную пластину лазер становится более интегрированным и удобным для охлаждения, лазер накачки распределяется по большой площади холодной пластины, что обеспечивает более быструю передачу тепла; холодная пластина установлена сбоку от корпуса лазера, а устройство охлаждения установлено на другой стороне корпуса, тепло быстро уносится хладагентом в трубопроводе холодной пластины с заглубленными трубками, а затем под действием компрессора переносится в конденсатор; благодаря воздуховоду, расположенному снизу вверх, воздух нагревается и естественным образом поднимается вверх, в то же время вентилятор настроен таким образом, чтобы ускорять движение воздуха снизу вверх и способствовать отводу тепла с помощью ветра, создаваемого вентилятором; первое внутреннее пространство для установки оптической части и второе внутреннее пространство для охлаждения разделены холодной пластиной, за счет чего пространство оптического устройства и пространство теплоотвода разделяется, в результате конденсационное устройство может быстро осуществлять теплоотвод, без ущерба для лазера; в то же время воздух протекает через вторую поверхность холодной пластины, а вторая поверхность холодной пластины также может осуществлять теплоотвод, что также увеличивает площадь поверхности для теплоотвода; то есть под одним и тем же воздуховодом структура теплопроводности и теплоотвода с использованием хладагента и площадь теплоотвода на поверхности второй холодной пластины одновременно отводятся одним и тем же высокоскоростным потоком воздуха, двойной высокоэффективный теплоотвод (группа конденсационных ребер на переднем пути воздуховода и теплоотвод на второй поверхности холодной пластины вверх со стороны воздуховода) не усложняет компоновку внутри корпуса устройства (весь воздуховод большого объема более эффективен и менее шумен, чем несколько отдельных воздуховодов); в то же время область установки интерфейса и область теплоотвода разделены на второй или четвертой стороне корпуса, что увеличивает способность теплоотвода корпуса, одновременно делая оптоэлектронное соединение более прямым, уменьшая сложность оптоэлектронных соединений и возможное оптическое затухание.

Описание чертежей

[0045] Чтобы более ясно объяснить настоящее изобретение или технические решения предшествующего уровня техники, ниже будут кратко представлены чертежи, которые необходимо использовать при описании предшествующего уровня техники.

[0046] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение лазера по настоящему изобретению;

[0047] фиг. 2 представляет собой схематическое изображение внутренней компоновки корпуса, если смотреть снаружи корпуса в сторону четвертой боковой пластины (или второй боковой пластины);

[0048] фиг. 3 представляет собой схематическое изображение воздуховода лазера по настоящему изобретению;

[0049] фиг 4 представляет собой схематическое изображение второй боковой пластины (или четвертой боковой пластины) по настоящему изобретению;

[0050] фиг. 5 представляет собой увеличенное схематическое изображение холодной пластины, показанной на фиг. 2;

[0051] фиг. 6 представляет собой схематическое изображение способа подключения трубопровода хладагента, показанного на фиг. 2;

[0052] фиг. 7 представляет собой схематическое изображение компоновки, если смотреть с верхней стороны (или нижней стороны) корпуса.

[0053] фиг. 8 представляет собой схематическое изображение конструкции теплоотвода на второй поверхности холодной пластины;

Конкретные способы осуществления

[0054] Чтобы сделать цель, технические решения и преимущества настоящего изобретения более понятными, технические решения в настоящем изобретении будут четко и полностью описаны ниже вместе с чертежами настоящего изобретения.

[0055] Как показано на фиг. 1, волоконный лазер с компрессионным охлаждением, согласно настоящему изобретению, включает в себя основной блок лазера, причем основной блок лазера имеет корпус лазера, в корпусе расположены оптическая часть волоконного лазера, устройство охлаждения лазера, приводная часть лазера и часть оптоэлектронного интерфейса.

[0056] Оптическая часть используется для излучения сигналов волоконного лазера и включает в себя блок 101 лазера накачки, часть 102 усиливающего волокна, пластину 103 контроля температуры, приводное устройство оптической части и в некоторых вариантах осуществления включает в себя объединитель N+1 прямых и обратных волокон.

[0057] Блок 101 лазера накачки представляет собой один или несколько полупроводниковых лазеров, в некоторых вариантах осуществления полупроводниковые лазеры используются для создания лазера накачки с длиной волны 976 нм с поглощением резонатора усиления в определенном температурном диапазоне.

[0058] Часть 102 усиливающего волокна некоторых вариантах осуществления представляет собой усиливающее волокно, легированное иттербием, а также первую дифракционную решетку и вторую дифракционную решетку, расположенные на обоих концах усиливающего волокна, легированного иттербием.

[0059] Пластина 103 контроля температуры представляет собой холодную пластину, полупроводниковый лазер частично установлен на холодной пластине, а холодная пластина представляет собой холодную пластину с заглубленными трубками, которая может быть односторонней холодной пластиной с заглубленными (медными) трубками или двусторонней холодной пластиной с заглубленными (медными) трубками (холодная пластина действует как испаритель в процессе охлаждения).

[0060] Объединитель N+1 прямых и обратных волокон используется для передачи комбинированного света накачки, излучаемого блоком лазера накачки, в усиливающее волокно.

[0061] В некоторых вариантах осуществления блок 101 лазера накачки оптической части, часть 102 усиливающего волокна и объединитель прямых и обратных волокон N+1 были интегрированы и установлены на холодной пластине пластины 103 контроля температуры, при этом холодная пластина представляет собой плоскую панельную конструкцию со встроенными внутри нее (медными) трубопроводами 1031 хладагента холодной пластины.

[0062] Устройство охлаждения лазера состоит из компрессора (переменной частоты), конденсатора, трубопровода хладагента, клапана расширения и вентилятора (переменной частоты) (оно также может содержать электромагнитный четырехходовой реверсивный клапан и резервуар для хранения хладагента), это система контроля температуры сжатия с переменной частотой и фазовым изменением, используемая для обеспечения охлаждения полупроводниковых лазеров с большой разницей температур; при этом, трубопровод 1031 хладагента холодной пластины соединен с трубопроводом хладагента устройства охлаждения лазера для циркуляции и обращения хладагента, а компрессор переменной частоты соединен с конденсатором и трубопроводом 1031 хладагента холодной пластины через трубопровод хладагента, причем трубопровод хладагента и трубопровод 1031 хладагента холодной пластины заполнены хладагентом.

[0063] В некоторых вариантах осуществления устройство охлаждения лазера также включает в себя осушающий фильтр, причем осушающий фильтр расположен между конденсатором и клапаном теплового расширения.

[0064] В некоторых вариантах осуществления в конденсаторе используется алюминиевый теплообменник с параллельным потоком.

[0065] Приводная часть лазера используется для привода устройства охлаждения лазера и оптической части;

[0066] Часть оптоэлектронного интерфейса используется для оптоэлектронного соединения между основным блоком лазера и внешней средой, включая входной порт 4 источника питания оборудования, интерфейс 5 предохранителя, входной интерфейс 6 управляющего сигнала, выходной интерфейс 7 оптического кабеля и т.д.

[0067] Входной интерфейс 4 источника питания оборудования используется для внешнего источника питания; интерфейс 5 предохранителя используется для защитной блокировки лазера; входной интерфейс 6 управляющего сигнала используется для ввода внешних управляющих сигналов.

[0068] Как показано на фиг. 1, корпус представляет собой приблизительно прямоугольный корпус, который окружен передней пластиной шкафа, задней пластиной шкафа, верхней пластиной шкафа, нижней пластиной шкафа, левой пластиной шкафа и правой пластиной шкафа.

[0069] Корпус имеет верхнюю пластину 1011 шкафа и соответствующую нижнюю пластину 1012 шкафа, между верхней и нижней пластинами шкафа расположены четыре боковые панели, а именно первая боковая пластина 1013 (т.е. левая пластина шкафа), вторая боковая пластина 1014 (т.е. передняя пластина шкафа), третья боковая пластина 1015 (т.е. правая пластина шкафа) и четвертая боковая пластина 1016 (т.е. задняя пластина шкафа), подключаемые последовательно; первая боковая пластина 1013 расположена напротив третьей боковой пластины 1015 (т.е. левая пластина шкафа находится напротив правой пластины шкафа), а вторая боковая пластина 1014 противоположна четвертой боковой пластины 1016 (т.е. передняя пластина шкафа находится напротив задней пластины шкафа).

[0070] Площадь первой боковой пластины больше площади второй боковой пластины, а площадь первой боковой пластины больше площади четвертой боковой пластины; площадь третьей боковой пластины больше площади второй боковой пластины, а площадь третьей боковой пластины больше площади четвертой боковой пластины.

[0071] При этом, верхняя пластина 1011 шкафа и нижняя пластина 1012 шкафа снабжены соответственно первым вентиляционным отверстием и вторым вентиляционным отверстием, а между двумя вентиляционными отверстиями образован канал циркуляции воздуха снизу вверх. В некоторых вариантах осуществления на нижней стороне верхней пластины 1011 шкафа установлена первая группа вентиляторов, а на верхней стороне нижней пластины 1012 шкафа установлена вторая группа вентиляторов, опционально, может быть только первая группа вентиляторов верхней пластины шкафа или вторая группа вентиляторов нижней пластины шкафа. Поскольку воздух обычно имеет тенденцию подниматься после нагревания, чтобы предотвратить нарушение воздушного потока и ускорить отток тепла, как показано на фиг. 3, направление вращения вентилятора задается так, чтобы ускорять поток воздуха, поступающий из вентиляционных отверстий в нижней части корпуса лазера и затем вытекающий из вентиляционных отверстий в верхней части корпуса лазера.

[0072] Холодная пластина представляет собой плоскую панельную конструкцию, которая имеет четыре окружающие стороны, первую поверхность холодной пластины, на которой установлен полупроводниковый лазер, и противоположную вторую поверхность холодной пластины, причем холодная пластина установлена вертикально на внутренней стороне корпуса лазера.

[0073] Как показано на фиг. 2, корпус имеет внутреннее пространство между верхней пластиной 1011 шкафа и нижней пластиной 1012 шкафа (т.е. пространство, окруженное шестью пластинами корпуса), это внутреннее пространство разделено на первое внутреннее пространство рядом с первой боковой пластиной 1013 и второе внутреннее пространство рядом с третьей боковой пластиной.

[0074] Первое вентиляционное отверстие расположено в части соответствующего второго внутреннего пространства верхней пластины шкафа, а второе вентиляционное отверстие расположено в части соответствующего второго внутреннего пространства нижней пластины шкафа.

[0075] При этом оптическая часть, включающая холодную пластину, установлена в первом внутреннем пространстве, холодная пластина в основном параллельна первой боковой пластине (т.е. левой пластине шкафа), первая поверхность холодной пластины обращена внутрь первой боковой пластины корпуса (т.е. левой пластины шкафа), вторая поверхность холодной пластины обращена к третьей боковой пластине корпуса, вторая поверхность холодной пластины служит границей раздела между первым внутренним пространством и вторым внутренним пространством.

[0076] Четыре боковые стороны холодной пластины контактируют с верхней пластиной шкафа корпуса, нижней пластиной шкафа корпуса, второй боковой пластиной и четвертой боковой пластиной корпуса соответственно, холодная пластина и корпус (то есть первая боковая пластина, верхняя пластина шкафа, нижняя пластина шкафа, вторая боковая пластина и четвертая боковая пластина) вместе образуют герметичное первое внутреннее пространство, вторая поверхность холодной пластины образует полную разделительную поверхность между первым внутренним пространством и вторым внутренним пространством, первое внутреннее пространство и второе внутреннее пространство полностью разделены, причем два относительно независимых пространства разделены так, что воздух, проходящий между первым вентиляционным отверстием и вторым вентиляционным отверстием, не будет проходить через первое внутреннее пространство, что предотвратит воздействие на оптическую часть.

[0077] Воздух протекает через вторую поверхность холодной пластины, а вторая поверхность холодной пластины также позволяет осуществлять теплоотвод, что также увеличивает площадь поверхности для теплоотвода.

[0078] Выступающая конструкция ребер теплоотвода холодной пластины предпочтительно может быть расположена на стороне холодной пластины, обращенной ко второму пространству (второй поверхности холодной пластины), таким образом, тепло не только отводится хладагентом, но и более эффективно отводится высокоскоростным потоком воздуха. Предпочтительно, выступающая конструкция ребер теплоотвода холодной пластины представляет собой множество выступающих ребер, проходящих в вертикальном направлении, причем между множеством выступающих ребер образованы вертикальные канавки, проходящие в вертикальном направлении, а высокоскоростной поток воздуха может проходить через вертикальные канавки, что повышает эффективность теплоотвода при воздушном охлаждении.

[0079] Холодная пластина и выступающая конструкция ребер теплоотвода холодной пластины предпочтительно представляют собой единую конструкцию, предпочтительно, холодная пластина и/или выступающая конструкция ребер теплоотвода холодной пластины изготовлены из материалов с высокой теплопроводностью.

[0080] Устройство охлаждения лазера установлено во втором внутреннем пространстве, то есть компрессор, конденсатор, трубопровод хладагента, клапан расширения, вентилятор (в некоторых вариантах осуществления также содержит электромагнитный четырехходовой реверсивный клапан, резервуар для хранения хладагента) и другие устройства расположены во втором внутреннем пространстве; при этом, конденсатор расположен на верхней стороне второго внутреннего пространства, конденсатор включает в себя ребристое конденсационное устройство, соединенное с трубопроводом хладагента, причем устройство конденсационных ребер расположено между компрессорным устройством и первым вентиляционным отверстием.

[0081] Устройство конденсационных ребер установлено на нижней стороне первого вентиляционного отверстия верхней пластины 1011 шкафа, при этом, устройство конденсационных ребер имеет множество зазоров между ребрами, и это множество зазоров между ребрами образует канал снизу вверх, в результате чего устройство конденсационных ребер не блокирует канал циркуляции воздуха.

[0082] В некоторых вариантах осуществления объем второго внутреннего пространства больше, чем объем первого внутреннего пространства.

[0083] Первое вентиляционное отверстие расположено на верхней стороне второго внутреннего пространства, а второе вентиляционное отверстие расположено на нижней стороне второго внутреннего пространства.

[0084] В некоторых вариантах осуществления первая группа вентиляторов расположена на нижней стороне группы конденсационных ребер и верхней стороне компрессора, то есть между группой конденсационных ребер и компрессором, конечно, первая группа вентиляторов также может быть расположена на нижней стороне первого вентиляционного отверстия и верхней стороне группы конденсационных ребер, то есть между первым вентиляционным отверстием и конденсационным устройством, что позволяет сделать поток воздуха в канале более стабильным.

[0085] В некоторых вариантах осуществления вторая группа вентиляторов расположена между компрессором и вторым вентиляционным отверстием.

[0086] Как показано на фиг. 4, вторая боковая пластина 1014 корпуса имеет область установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины и область поверхности теплоотвода возле третьей боковой пластины; причем область установки оптоэлектронного интерфейса используется для установки по меньшей мере некоторых или всех интерфейсов части оптоэлектронного интерфейса.

[0087] Область установки оптоэлектронного интерфейса второй боковой пластины соответствует боковой поверхности первого внутреннего пространства, поскольку в первом внутреннем пространстве имеются оптические компоненты, такие как источники света накачки и усиливающие волокна, то установка оптоэлектронного интерфейса в области установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины позволяет напрямую подключать оптическое устройство, расположенное в первом внутреннем пространстве, и избежать длинной и сложной внутренней оптоэлектронной проводки.

[0088] Площадь поверхности теплоотвода второй боковой пластины соответствует боковой поверхности второго внутреннего пространства, поскольку во втором внутреннем пространстве установлено устройство охлаждения и сформирован канал воздушного охлаждения, в области поверхности теплоотвода второй боковой пластины предусмотрена поверхностная структура для усиления теплоотвода, что позволяет улучшения теплоотвод устройства. Как показано на фиг. 4, поверхность теплоотвода снабжена множеством выступов теплоотвода, в некоторых вариантах осуществления выступы теплоотвода могут быть предусмотрены на стороне области поверхности теплоотвода, обращенной наружу корпуса, и/или на стороне, обращенной внутрь корпуса.

[0089] Аналогично, в некоторых вариантах осуществления четвертая боковая пластина 1016 корпуса также может быть сконфигурирована таким же образом, как и вторая боковая пластина 1014.

[0090] Например, четвертая боковая пластина 1016 имеет область установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины и область поверхности теплоотвода возле третьей боковой пластины; причем область установки оптоэлектронного интерфейса используется для установки по меньшей мере некоторых или всех интерфейсов части оптоэлектронного интерфейса.

[0091] Область установки оптоэлектронного интерфейса четвертой боковой пластины соответствует боковой поверхности первого внутреннего пространства, поскольку в первом внутреннем пространстве имеются оптические компоненты, такие как источники света накачки и усиливающие волокна, то установка оптоэлектронного интерфейса в области установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины позволяет напрямую подключать оптическое устройство, расположенное в первом внутреннем пространстве, и избежать длинной и сложной внутренней оптоэлектронной проводки.

[0092] Площадь поверхности теплоотвода четвертой боковой пластины соответствует боковой поверхности второго внутреннего пространства, поскольку во втором внутреннем пространстве установлено устройство охлаждения и сформирован канал воздушного охлаждения, в области поверхности теплоотвода четвертой боковой пластины предусмотрена поверхностная структура для усиления теплоотвода, что позволяет улучшения теплоотвод устройства. Поверхность теплоотвода снабжена множеством выступов теплоотвода, в некоторых вариантах осуществления выступы теплоотвода могут быть предусмотрены на стороне области поверхности теплоотвода, обращенной наружу корпуса, и/или на стороне, обращенной внутрь корпуса.

[0093] В некоторых вариантах осуществления поверхность третьей боковой пластины корпуса, обращенная наружу корпуса, и/или поверхность, обращенная внутрь корпуса, имеет выступающую структуру, что улучшает теплоотвод.

[0094] В предпочтительном варианте осуществления размер корпуса шкафа составляет 630 мм×300 мм×570 мм.

[0095] В предпочтительном варианте осуществления в четырех углах нижней пластины шкафа корпуса шкафа установлено универсальное колесо. Корпус выполнен из алюминиевого профиля, который удобен при сборке, разборке и техническом обслуживании и обеспечивает теплоотвод при одновременной экономии места в шкафу.

[0096] Приведенные выше примеры осуществления использованы исключительно для иллюстрации технических решений настоящего изобретения, но не для его ограничения; хотя настоящее изобретение было подробно описано со ссылкой на вышеизложенные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что: они по-прежнему могут модифицировать технические решения, записанные в предшествующих вариантах осуществления, или производить эквивалентные замены некоторых технических признаков; однако такие модификации или замены не приводят к отклонению сущности соответствующего технического решения от сущности и объема технического решения каждого варианта осуществления настоящего изобретения.

Изобретение относится к лазерной технике, к волоконным лазерам с компрессионным охлаждением. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением включает в себя корпус, внутри которого расположена оптическая часть, устройство охлаждения; оптическая часть установлена на холодной пластине; корпус имеет два внутренних пространства, в которых расположены оптическая часть и устройство охлаждения; холодная пластина включает в себя трубопровод хладагента, соединенный с трубопроводом хладагента устройства охлаждения для циркуляции и обращения хладагента, при этом холодная пластина представляет собой плоскую панельную конструкцию с заглубленными трубками, на поверхности которой установлен полупроводниковый лазер, холодная пластина установлена вертикально на внутренней стороне корпуса лазера, а вторая поверхность холодной пластины служит границей раздела между первым внутренним пространством и вторым внутренним пространством. Технический результат – отвод тепла без ущерба для стабильности лазера. 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением, включающий в себя корпус, внутри корпуса расположена оптическая часть волоконного лазера, устройство охлаждения лазера, причем оптическая часть включает в себя холодную пластину, лазер накачки и часть усиливающего волокна, установленную на холодной пластине; устройство охлаждения лазера включает в себя компрессор, конденсатор, трубопровод хладагента, клапан расширения и вентилятор; отличающийся тем, что корпус имеет первое внутреннее пространство и второе внутреннее пространство, оптическая часть расположена в первом внутреннем пространстве, а устройство охлаждения лазера расположено во втором внутреннем пространстве; холодная пластина включает в себя трубопровод хладагента холодной пластины, трубопровод хладагента соединен с трубопроводом хладагента устройства охлаждения лазера для циркуляции и обращения хладагента, при этом холодная пластина представляет собой плоскую панельную конструкцию и представляет собой холодную пластину с заглубленными трубками, которая имеет первую поверхность холодной пластины, на которой установлен полупроводниковый лазер, и противоположную вторую поверхность холодной пластины, холодная пластина установлена вертикально на внутренней стороне корпуса лазера, а вторая поверхность холодной пластины служит границей раздела между первым внутренним пространством и вторым внутренним пространством.

2. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 1, в котором корпус имеет верхнюю пластину шкафа корпуса и соответствующую нижнюю пластину шкафа корпуса, а также четыре боковые панели между верхней и нижней пластинами корпуса, каждая из которых представляет собой соответственно первую боковую пластину, вторую боковую пластину, третью боковую пластину и четвертую боковую пластину, соединенные последовательно; первая боковая пластина противоположна третьей боковой пластине, вторая боковая пластина противоположна четвертой боковой пластине, а корпус окружает внутреннее пространство, внутреннее пространство разделено на первое внутреннее пространство рядом с первой боковой пластиной и второе внутреннее пространство рядом с третьей боковой пластиной; первая поверхность холодной пластины обращена внутрь первой боковой пластины корпуса, а вторая поверхность холодной пластины обращена к третьей боковой пластине корпуса.

3. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 2, в котором верхняя пластина шкафа корпуса снабжена первым вентиляционным отверстием, а нижняя пластина шкафа корпуса снабжена вторым вентиляционным отверстием, между двумя вентиляционными отверстиями образован канал циркуляции воздуха снизу вверх, первая группа вентиляторов расположена на нижней стороне верхней пластины шкафа и/или вторая группа вентиляторов расположена на верхней стороне нижней пластины шкафа; направление вращения вентилятора задается так, чтобы ускорять поток воздуха, поступающий из вентиляционных отверстий в нижней части корпуса лазера и затем вытекающий из вентиляционных отверстий в верхней части корпуса лазера.

4. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 2, в котором четыре стороны вокруг холодной пластины контактируют с верхней пластиной шкафа корпуса, нижней пластиной корпуса, второй боковой пластиной и четвертой боковой пластиной корпуса соответственно, причем холодная пластина и корпус вместе образуют герметичное первое внутреннее пространство, вторая поверхность холодной пластины образует полную разделительную поверхность между первым внутренним пространством и вторым внутренним пространством, в результате чего воздух, проходящий между первым вентиляционным отверстием и вторым вентиляционным отверстием, не будет проходить через первое внутреннее пространство.

5. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 3, в котором устройство охлаждения лазера установлено во втором внутреннем пространстве, при этом конденсатор расположен на верхней стороне второго внутреннего пространства, конденсатор включает в себя устройство конденсационных ребер с заглубленным в него трубопроводом хладагента, причем устройство конденсационных ребер расположено между компрессорным устройством и первым вентиляционным отверстием; первое вентиляционное отверстие расположено на верхней стороне второго внутреннего пространства, второе вентиляционное отверстие расположено на нижней стороне второго внутреннего пространства; устройство конденсационных ребер установлено в нижней части первого вентиляционного отверстия на верхней пластине шкафа, причем устройство конденсационных ребер имеет множество зазоров между ребрами, и это множество зазоров между ребрами образует канал циркуляции воздуха снизу вверх.

6. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 5, в котором холодная пластина представляет собой одностороннюю холодную пластину с заглубленными трубками или двухстороннюю холодную пластину с заглубленными трубками, первое вентиляционное отверстие расположено в части соответствующего второго внутреннего пространства верхней пластины шкафа, а второе вентиляционное отверстие расположено в части соответствующего второго внутреннего пространства нижней пластины шкафа; первая группа вентиляторов расположена на нижней стороне первого вентиляционного отверстия, а верхняя сторона группы конденсационных ребер и/или вторая группа вентиляторов расположена между компрессором и вторым вентиляционным отверстием.

7. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 2, в котором лазер с воздушным охлаждением включает часть оптоэлектронного интерфейса, причем часть оптоэлектронного интерфейса включает в себя несколько оптоэлектронных интерфейсов, вторая боковая пластина корпуса имеет область установки оптоэлектронного интерфейса возле первой боковой пластины и область поверхности теплоотвода возле третьей боковой пластины; причем область установки оптоэлектронного интерфейса используется для установки по меньшей мере некоторых или всех интерфейсов части оптоэлектронного интерфейса, область установки оптоэлектронного интерфейса второй боковой пластины соответствует стороне первого внутреннего пространства, площадь поверхности теплоотвода второй боковой пластины соответствует стороне второго внутреннего пространства, в области поверхности теплоотвода второй боковой пластины предусмотрена поверхностная структура для усиления теплоотвода.

8. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 7, в котором часть оптоэлектронного интерфейса используется для оптоэлектронного соединения между основным блоком лазера и внешней средой, включая входной порт источника питания оборудования, интерфейс предохранителя, входной интерфейс управляющего сигнала, выходной интерфейс оптического кабеля, область установки оптоэлектронного интерфейса используется для установки всех интерфейсов части оптоэлектронного интерфейса.

9. Волоконный лазер с компрессионным охлаждением по п. 8, дополнительно содержащий приводную часть лазера, а блок лазера накачки представляет собой более чем один полупроводниковый лазер, а также включает в себя объединитель N+1 прямых и обратных волокон, часть усиливающего волокна представляет собой усиливающее волокно, легированное иттербием, а также первую дифракционную решетку и вторую дифракционную решетку, расположенные на обоих концах усиливающего волокна, легированного иттербием; объединитель N+1 прямых и обратных волокон используется для передачи комбинированного света накачки, излучаемого блоком лазера накачки, в часть усиливающего волокна, устройство охлаждения лазера также включает в себя электромагнитный четырехходовой реверсивный клапан, резервуар для хранения хладагента и компрессор переменной частоты, соединенный с конденсатором и трубопроводом хладагента холодной пластины через трубопровод хладагента, причем трубопровод хладагента и трубопровод хладагента холодной пластины заполнены хладагентом, устройство охлаждения лазера также включает в себя осушающий фильтр, осушающий фильтр расположен между конденсатором и клапаном теплового расширения, а в конденсаторе используется алюминиевый теплообменник с параллельным потоком.