CN104048565A - 一种单光纤结构的激光点火装置 - Google Patents

Abstract

一种单光纤结构的激光点火装置涉及半导体激光器应用技术领域，该装置包括：新型点火控制器和激光起爆器，新型点火控制器和激光起爆器通过单光纤光缆连接；新型点火控制器包括：大于等于一组的激光器和探测器，每组激光器和探测器分别与一个光纤环形器连接；激光器与光纤环形器的入射端连接，探测器与光纤环形器的出射端连接，单光纤光缆与光纤环形器的入射出射端连接；一个驱动控制器，驱动控制器分别与所有的激光器和探测器连接。本发明通过单光纤光缆连接，将光缆数量减少一半，有利于多路点火系统安装布线。连接方式简单。光学膜的透射率和反射率可以精确控制，在光路连续性检测时各路反射光的一致性较好，有利于实现光路连续性的定量检测。

Description

一种单光纤结构的激光点火装置

技术领域

本发明涉及半导体激光器应用技术领域，特别涉及一种基于单光纤结构的半导体激光点火装置。

背景技术

激光点火装置中不存在电起爆元件，炸药、烟火剂与电源真正隔离，而光纤的抗电磁干扰特性又消除了激光点火装置中的寄生信号，因此，与传统的把电能作为初始激发能量的点火设计模式相比，激光点火装置在静电、射频等电磁环境下意外发火的危险将被完全克服，安全性将得到根本改善。激光点火作为一种新型点火技术已越来越受到各个国家的重视，实用型激光点火系统的发展非常迅速。

激光点火装置要求具有激光点火和光路连续性检测两项功能，因此目前的激光点火装置采用双光纤结构，如图1所示，激光起爆器5通过双光纤光缆4与点火控制器1连接，点火控制器1中包含激光器2、探测器3以及相关控制电路，其中激光器2、探测器3分别与双光纤光缆4的两个单光纤头连接。图2是双光纤光缆4的实物模型图，其本质是将两根光纤的一端按同轴对称的方式固定，并在此公共端设计专用的起爆器连接工装；两根光纤的另一端则相互独立，分别用于连接激光器2与探测器3。图1所示装置的工作原理为：检测状态时，点火控制器1给激光器2注入远小于阈值电流的低偏置的检测电流，激光器2发出荧光，通过双光纤光缆4中的入射光纤照射到激光起爆器5，反射光通过双光纤光缆4中的另一根光纤即检测光纤照射到探测器3进而转换为电信号，由此完成光路连续性检测；点火状态时，点火控制器1给激光器2注入工作电流，激光器2产生一定功率的激光，通过双光纤光缆4照射于激光起爆器5表面，点燃起爆药剂，完成点火动作。

这种双光纤结构的激光点火装置原理直观、易于实施，但在实际的工程化过程中存在以下两个方面的缺点：

(1)目标应用系统一般需要起爆器完成多个动作，激光起爆器数量可能达到几十甚至上百个，如采用这种双光纤结构，则光纤以及光纤连接器的数量庞大，加大了系统布线、安装的复杂性；

(2)双光纤光缆与激光起爆器接口处的工艺复杂，不仅要求双光纤光缆4内的两根光纤同轴对称，还要求激光起爆器5的光窗口反射率一致性高，这两项复杂工艺的工程化难度很大。

发明内容

为了解决目前双光纤结构激光点火装置存在的工程化难题，本发明提供了一种单光纤结构的激光点火装置，用单光纤光缆连接激光起爆器和点火控制器，同样能够实现点火和光路连续性检测两大功能，具有光缆数量少、起爆器接口工艺简单的优点，易于工程化应用。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种单光纤结构的激光点火装置，该装置包括：新型点火控制器和激光起爆器，新型点火控制器和激光起爆器通过单光纤光缆连接；新型点火控制器包括：大于等于一组的激光器和探测器，每组激光器和探测器分别与一个光纤环形器连接；激光器与光纤环形器的入射端连接，探测器与光纤环形器的出射端连接，单光纤光缆与光纤环形器的入射出射端连接；一个驱动控制器，驱动控制器分别与所有的激光器和探测器连接。

本发明的有益效果是：本发明中的点火控制器中采用了三端口光纤环形器，激光起爆器与点火控制器通过单光纤光缆连接，这样就将点火控制器与激光起爆器之间的光缆数量减少一半，有利于多路点火系统安装布线。与双光纤光缆相比，单光纤光缆与激光起爆器的连接方式简单，采用标准的FC、ST等连接方式即可，而不必设计结构和工艺复杂的特殊接口。另外，由于单光纤光缆末端光学膜的透射率和反射率可以精确控制，因而在光路连续性检测时各路反射光的一致性较好，有利于实现光路连续性的定量检测。

附图说明

图1现有技术的双光纤结构的激光点火装置示意图；

图2是双光纤光缆的实物模型图；

图3是本发明基于单光纤结构的激光点火装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图3所示，一种单光纤结构的激光点火装置，该装置包括：新型点火控制器8，单光纤光缆9和激光起爆器5。新型点火控制器8通过单光纤光缆9与激光起爆器5连接。新型点火控制器8又包含了激光器2、探测器3、光纤环形器6以及驱动控制器7等部分，单光纤光缆9连接光纤环形器6的B端，及入射出射端，光纤环形器6的A端及入射端连接激光器2，光纤环形器6的C端及出射端连接探测器3。激光器2和探测器3分别与驱动控制电路7连接。

本发明工作时可完成点火与光路连续性检测两项功能。本装置点火工作时，驱动控制器7给激光器2注入点火工作电流，激光器2产生的高功率激光从光纤环形器6的A端输入B端输出，通过单光纤光缆9照射到激光起爆器5使之发火。本装置进行光路连续性检测时，驱动控制器7给激光器2注入远低于阈值电流的检测工作电流，激光器2发出的荧光从光纤环形器6的A端输入B端输出，通过单光纤光缆9照射于激光起爆器5，单光纤光缆9与激光起爆器5接口处的光纤端面镀有光学膜，该光学膜可以将一定比例的光反射回单光纤光缆9，进而进入光纤环形器6的B端，再从C端输出后进入探测器3，由此完成了光路连续性检测。

在本实施例中，该装置设计为八路激光点火系统，光纤对接以及光纤与激光起爆器5的对接均采用FC形式，新型点火控制器8的面板上装有8个FC-FC连接器，单光纤光缆9的两端均装有FC接头，激光起爆器5的输入接口是FC接口。面板上的FC-FC连接器外接单光纤光缆9，内接光纤环形器6的端口B。光纤环形器6的A端口通过FC方式与激光器2连接，光纤环形器6的C端口通过FC方式与探测器3连接。点火控制器8内部共包含相同的八组激光器2、探测器3和光纤环形器6，驱动控制电路7则是共用的，可以控制八路激光点火系统按指定的时序进行点火或光路连续性检测。本实施例中采用的激光器2为波长808nm、阈值电流0.7A、额定电流6A、额定光功率5W的大功率半导体激光器。点火工作时，驱动控制器7给某一路激光器2注入幅值6A、脉宽100ms的单脉冲工作电流，该激光器2发出的5W、100ms脉冲激光进入同组光纤环形器6的A端口，经B端口进入同组的单光纤光缆9，然后进入同组的激光起爆器5使之起爆。光路连续性检测时，驱动控制器7给某一路激光器2注入幅值0.2A、脉宽100ms的脉冲检测电流，该激光器2发出的检测光功率约100uW，检测光依次通过同组的光纤环形器6的A端口、B端口后进入单光纤光缆9。在单光纤光缆9靠近激光起爆器5一端的光纤端面上，镀有透射率95％、反射率5％的光学膜，该光学膜将检测光的5％约5uW反射回光纤环形器6的B端口，根据光纤环形器6的特性，该反射光将从光纤环形器6的端口C输出并进入探测器3，再由驱动控制电路7转换为约2.5V的电压信号，完成了光路连续性检测。

从安装布线的角度看，点火控制器8的外部仅通过八根单光纤光缆9与八个激光起爆器5连接，比已知技术少用八根光缆，简化了安装布线的复杂程度。

从光缆与激光起爆器5的连接方式看，本装置中的单光纤光缆采用了市面普通的FC接头光缆，激光起爆器5的接口也设计为标准的FC接口，比已知技术采用的专用接插件结构更简单且性能更可靠。

从光路连续性检测的有效性来看，本装置在单光纤光缆末端的光纤端面镀有光学膜，反射率可精确控制在5％±0.1％，从而使光路连续性的定量检测成为可能。

Claims (2)

1.一种单光纤结构的激光点火装置，该装置包括：激光起爆器，其特征在于，还包括新型点火控制器，所述新型点火控制器和激光起爆器通过单光纤光缆连接；所述新型点火控制器包括：大于等于一组的激光器和探测器，每组激光器和探测器分别与一个光纤环形器连接；激光器与光纤环形器的入射端连接，探测器与光纤环形器的出射端连接，单光纤光缆与光纤环形器的入射出射端连接；一个驱动控制器，所述驱动控制器分别与所有的激光器和探测器连接。

2.如权利要求1所述的一种单光纤结构的激光点火装置，其特征在于，所述单光纤光缆与激光起爆器连接的光纤端面镀有95％透射、5％反射的光学膜。