CN108645281A - 一种半导体激光器点火源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光器点火源，本发明技术方案所述半导体激光器点火源利用检测激光器结合光纤环形器、检测激光探测器实现光路连续性自检，利用光开关、点火激光探测器完成点火激光器额定功率的自检。其中，所述检测激光探测器与所述点火激光探测器均可以为光电探测器。整个半导体激光器点火源可以集成化封装，外部仅有单光纤输出光缆和控制引脚，应用方便，功能完成。

Description

一种半导体激光器点火源

技术领域

本发明涉及激光点火装置技术领域，更具体的说，涉及一种半导体激光器点火源。

背景技术

激光点火系统中，激光能量通过光纤传输到激光点火工品中点火药剂的表面，从而将火工品引爆。工程化的激光点火系统要求系统必须具备自检功能，包括光路连续性定量自检和点火激光器输出功率自检。

现有的激光点火系统一般基于常规的单波长光纤耦合激光器模块，通过外接双光纤光缆以及探测器等元件构成检测回路，利用点火激光器在低工作点时发出的荧光来检测光路连续性。

现有的激光点火系统进行自检的安全性、有效性较以及集成度较低，不便于激光点火系统的广泛使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实技术方案提供了一种半导体激光器点火源，所述半导体激光器点火源进行自检的安全性、有效性以及集成度较高，大大提高了半导体激光器点火系统的使用范围。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种半导体激光器点火源，所述半导体激光器点火源包括：

激光器模块，所述激光器模块包括点火激光器以及检测激光器；

点火激光探测器，所述点火激光器与所述点火激光器连接；

光纤环形器，所述光纤环形器具有第一端口、第二端口以及第三端口；

光开关，所述点火激光器以及所述检测激光器均通过所述光开关与所述第一端口连接；

检测激光探测器，所述检测激光探测器与所述第三端口连接；

输出接头，所述输出接头与所述第二端口连接；所述输出接头的端面具有反射膜，所述反射膜用于反射所述检测激光器出射的检测激光。

优选的，在上述半导体激光器点火源中，所述激光器模块、所述点火激光探测器、所述光开关以及所述检测激光探测器均设置有控制引脚，所述控制引脚用于输入控制信号，所述控制信号用于控制对应器件的工作状态；

通过控制所述激光器模块、所述点火激光探测器、所述光开关以及所述检测激光探测器的工作状态，控制所述半导体激光器点火源进行在线自检以及点火。

优选的，在上述半导体激光器点火源中，所述控制引脚均用于与一控制器连接，所述控制器用于为所述控制引脚输入控制信号。

优选的，在上述半导体激光器点火源中，所述半导体激光器点火源通过在线自检检测光路连续性以及点火激光器的功率；

当所述点火激光器关闭、所述检测激光器打开、所述光开关导通时，所述检测激光器出射的检测激光依次通过所述光开关以及所述光纤环形器，入射所述输出接头，经过所述反射膜反射后，通过所述光纤环形器入射所述检测激光探测器，以检测光路连续性；

当所述点火激光器打开、所述检测激光器关闭、所述光开关关闭时，所述点火激光器出射的点火激光入射所述点火激光探测器，以检测点火激光器的功率。

优选的，在上述半导体激光器点火源中，所述半导体激光器点火源进行点火时，所述点火激光器打开，所述检测激光器关闭，所述光开关导通，所述点火激光器出射的点火激光依次通过光开关、所述光纤环形器以及所述输出接头，通过所述输出接头出射后，引爆激光火工品。

优选的，在上述半导体激光器点火源中，所述点火激光器的功率大于所述检测激光器的功率。

优选的，在上述半导体激光器点火源中，所述点火激光器为单管激光器，功率为5W，输出波长为980nm；

所述检测激光器为单管激光器，功率为1mW，输出波长为1310nm.

优选的，在上述半导体激光器点火源中，所述点火激光器与所述检测激光器的输出端通过同一光线与所述光开关连接。

优选的，在上述半导体激光器点火源中，还包括金属外壳。

通过上述描述可知，本发明技术方案提供的半导体激光器点火系统包括：激光器模块，所述激光器模块包括点火激光器以及检测激光器；点火激光探测器，所述点火激光器与所述点火激光器连接；光纤环形器，所述光纤环形器具有第一端口、第二端口以及第三端口；光开关，所述点火激光器以及所述检测激光器均通过所述光开关与所述第一端口连接；检测激光探测器，所述检测激光探测器与所述第三端口连接；输出接头，所述输出接头与所述第二端口连接；所述输出接头的端面具有反射膜，所述反射膜用于反射所述检测激光器出射的检测激光。

可见，所述半导体激光器点火源中，可以通过控制所述激光器模块、所述点火激光探测器、所述光开关以及所述检测激光探测器的工作状态，控制所述半导体激光器点火源进行在线自检以及点火。当所述点火激光器关闭、所述检测激光器打开、所述光开关导通时，所述检测激光器出射的检测激光依次通过所述光开关以及所述光纤环形器，入射所述输出接头，经过所述反射膜反射后，通过所述光纤环形器入射所述检测激光探测器，以检测光路连续性；当所述点火激光器打开、所述检测激光器关闭、所述光开关关闭时，所述点火激光器出射的点火激光入射所述点火激光探测器，以检测点火激光器的功率。

本发明技术方案所述半导体激光器点火源，系统结构简单，成本低，各元件可以同一进行封装保护，具有较高的集成度；而且通过检测激光器进行光路连续性自检，无需采用点火激光器，安全性较高；同时，通过单独的点火激光探测器对点火激光器的功率进行检测，有效性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器点火源的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

国内现有的激光点火系统存在如下问题：安全性较低，直接用点火激光器进行光路检测存在安全隐患；有效性较差，无法检测点火激光器的额定功率是否正常，这是由于荧光输出正常单额定功率下降是半导体激光器一种常见的失效模式；集成化程度较低，应用不方便。目前国内激光点火系统无法在工程化应用的主要原因是自检的有效性和安全性较差，无法得到最终用户的认可。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种半导体激光点火源，通过控制所述激光器模块、所述点火激光探测器、所述光开关以及所述检测激光探测器的工作状态，控制所述半导体激光器点火源进行在线自检以及点火。当所述点火激光器关闭、所述检测激光器打开、所述光开关导通时，所述检测激光器出射的检测激光依次通过所述光开关以及所述光纤环形器，入射所述输出接头，经过所述反射膜反射后，通过所述光纤环形器入射所述检测激光探测器，以检测光路连续性；当所述点火激光器打开、所述检测激光器关闭、所述光开关关闭时，所述点火激光器出射的点火激光入射所述点火激光探测器，以检测点火激光器的功率。所述半导体激光器点火源，系统结构简单，成本低，各元件可以同一进行封装保护，具有较高的集成度；而且通过检测激光器进行光路连续性自检，无需采用点火激光器，安全性较高；同时，通过单独的点火激光探测器对点火激光器的功率进行检测，有效性更好。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种半导体激光器点火源的结构示意图，该半导体激光器点火源包括：激光器模块2，所述激光器模块2包括点火激光器10以及检测激光器11；点火激光探测器1，所述点火激光器1与所述点火激光器10连接；光纤环形器4，所述光纤环形器4具有第一端口A、第二端口B以及第三端口C；光开关3，所述点火激光器10以及所述检测激光器11均通过所述光开关3与所述第一端口A连接；检测激光探测器5，所述检测激光探测器5与所述第三端口C连接；输出接头7，所述输出接头7与所述第二端口B连接；所述输出接头7的端面具有反射膜，所述反射膜用于反射所述检测激光器11出射的检测激光。

其中，对于所述光纤环形器4，光线从其第一端口A入射，从其第二端口B出射，从其第二端口B入射，从其第三端口C出射。所述第二端口B通过该光缆6与所述输出接头7连接。光缆6可以为105μm或是125μm的单光纤光缆，输出接头7为ST，输出接头7的输出光纤端面镀有反射膜，该反射膜用于反射检测激光，增透点火激光，具体的该反射膜为980nm增透、1310nm高反的复合膜。

所述激光器模块2、所述点火激光探测器1、所述光开关3以及所述检测激光探测器5均设置有控制引脚9。所述控制引脚用于输入控制信号，以控制对应器件的工作状态。通过控制所述激光器模块2、所述点火激光探测器1、所述光开关3以及所述检测激光探测器5的工作状态，控制所述半导体激光器点火源进行在线自检以及点火。所述半导体激光器点火源共具有5组10针所述控制引脚9。一组包括两针控制引脚9。所述点火激光器10、所述检测激光器11、所述点火激光探测器1、所述光开关3以及所述检测激光探测器5均设置有一组控制引脚9。

可选的，所述控制引脚9均用于与一控制器连接，所述控制器用于为所述控制引脚输入控制信号。所述控制器通过对应的控制信号控制所述激光器模块2、所述点火激光探测器1、所述光开关3以及所述检测激光探测器5的工作状态，控制所述半导体激光器点火源进行在线自检以及点火。图1中未示出所述控制器。

本发明实施例中，所述半导体激光器点火源通过在线自检检测光路连续性以及点火激光器10的功率。

当所述点火激光器10关闭、所述检测激光器11打开、所述光开关3导通时，所述检测激光器10出射的检测激光依次通过所述光开关3以及所述光纤环形器4，入射所述输出接头7，经过所述反射膜反射后，通过所述光纤环形器4入射所述检测激光探测器5，以检测光路连续性。具体的，检测激光经过光开关3出射后，入射第一端口A，通过第二端口B出射后，入射输出接头7，经过输出接头7上的反射膜发射后，入射第二端口B，经过第三端口C出射后，入射检测激光探测器5。此时点火激光探测器1处于关闭状态。

当所述点火激光器10打开、所述检测激光器11关闭、所述光开关3关闭时，所述点火激光器10出射的点火激光入射所述点火激光探测器1，以检测点火激光器10的功率。此时，检测激光探测器5处于关闭状态。所述点火激光探测器1通过光电流定量检测点火激光器10的功率，由此判定点火激光器10工作状态是否正常。

当所述半导体激光器点火源完成在线自检后，进行点火。所述半导体激光器点火源进行点火时，所述点火激光器10打开，所述检测激光器11关闭，所述光开关3导通，所述点火激光器10出射的点火激光依次通过光开关3、所述光纤环形器4以及所述输出接头7，通过所述输出接头7出射后，引爆激光火工品。具体的，点火激光经过光开关3出射后，入射第一端口A，通过第二端口B出射后，入射输出接头7，经过输出接头7出射，进行点火。此时，点火激光探测器1、检测激光探测器5以及检测激光器11均处于关闭状态。点火激光为设定功率以及宽度的激光脉冲。

可选的，所述点火激光器10的功率大于所述检测激光器11的功率。所述点火激光器10为单管激光器，功率为5W，输出波长为980nm，其出射激光脉冲的脉宽为100ms；点火激光探测器1可以为硅光电二极管，用于检测980nm的点火激光器10的功率。

所述检测激光器11为单管激光器，功率为1mW，输出波长为1310nm，其出射激光脉冲的脉宽为20ms。检测激光探测器5为铟钾砷光电二极管，用于检测1310nm激光。

所述点火激光器10与所述检测激光器11的输出端通过同一光线与所述光开关连接。可以通过合束技术将两激光器耦合到单光纤输出，使得光路设计简单。

所述半导体激光器点火源还包括金属外壳8。所述点火激光器1、所述激光器模块2、所述光开关3、所述光纤环形器4以及检测激光探测器5均封装在所述金属外壳8内。

通过上述描述可知，本发明实施例所述半导体激光器点火源利用检测激光器11结合光纤环形器4、检测激光探测器5实现光路连续性自检，利用光开关3、点火激光探测器1完成点火激光器10额定功率的自检。其中，所述检测激光探测器5与所述点火激光探测器1均可以为光电探测器。整个半导体激光器点火源可以集成化封装，外部仅有单光纤输出光缆6和控制引脚9，应用方便，功能完成。其他实施方式中，还可以将控制器也进行整体封装，此时，外部仅有单光纤光缆6。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种半导体激光器点火源，其特征在于，所述半导体激光器点火源包括：

激光器模块，所述激光器模块包括点火激光器以及检测激光器；

点火激光探测器，所述点火激光器与所述点火激光器连接；

光纤环形器，所述光纤环形器具有第一端口、第二端口以及第三端口；

光开关，所述点火激光器以及所述检测激光器均通过所述光开关与所述第一端口连接；

检测激光探测器，所述检测激光探测器与所述第三端口连接；

输出接头，所述输出接头与所述第二端口连接；所述输出接头的端面具有反射膜，所述反射膜用于反射所述检测激光器出射的检测激光。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器点火源，其特征在于，所述激光器模块、所述点火激光探测器、所述光开关以及所述检测激光探测器均设置有控制引脚，所述控制引脚用于输入控制信号，所述控制信号用于控制对应器件的工作状态；

通过控制所述激光器模块、所述点火激光探测器、所述光开关以及所述检测激光探测器的工作状态，控制所述半导体激光器点火源进行在线自检以及点火。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器点火源，其特征在于，所述控制引脚均用于与一控制器连接，所述控制器用于为所述控制引脚输入控制信号。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器点火源，其特征在于，所述半导体激光器点火源通过在线自检检测光路连续性以及点火激光器的功率；

当所述点火激光器关闭、所述检测激光器打开、所述光开关导通时，所述检测激光器出射的检测激光依次通过所述光开关以及所述光纤环形器，入射所述输出接头，经过所述反射膜反射后，通过所述光纤环形器入射所述检测激光探测器，以检测光路连续性；

当所述点火激光器打开、所述检测激光器关闭、所述光开关关闭时，所述点火激光器出射的点火激光入射所述点火激光探测器，以检测点火激光器的功率。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器点火源，其特征在于，所述半导体激光器点火源进行点火时，所述点火激光器打开，所述检测激光器关闭，所述光开关导通，所述点火激光器出射的点火激光依次通过光开关、所述光纤环形器以及所述输出接头，通过所述输出接头出射后，引爆激光火工品。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器点火源，其特征在于，所述点火激光器的功率大于所述检测激光器的功率。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器点火源，其特征在于，所述点火激光器为单管激光器，功率为5W，输出波长为980nm；

所述检测激光器为单管激光器，功率为1mW，输出波长为1310nm。

8.根据权利要求所述的半导体激光器点火源，其特征在于，所述点火激光器与所述检测激光器的输出端通过同一光线与所述光开关连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的半导体激光器点火源，其特征在于，还包括金属外壳。