CN115395358A - 一种多工作模式激光清洗用光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，包括种子光模组、预放大模组、主放大模组和输出模组；种子光模组与预放大模组连接，预放大模组与主放大模组连接，主放大模组与输出模组连接，预放大模组设置有一组或多组，种子光模组用于连续光和脉冲光的切换，从而改变激光器的出光方式，可以根据具体的除漆、除锈、除污垢、除氧化层需求及现场工况进行调整，实现全连续出光，全脉冲出光，以及连续脉冲交叉出光的多种工作模式进行激光清洗。调节灵活可满足各类基材损伤程度要求，进而适用于各类应用领域，在同等工作效率情况下脉冲模式功率大幅下降，激光器成本低，适用范围广。

Description

一种多工作模式激光清洗用光纤激光器
技术领域
本发明涉及激光清洗加工技术领域，特别是涉及一种多工作模式激光清洗用光纤激光器。
背景技术
在全球碳排放量激增、全球变暖加剧的大背景下，我国将发展绿色低碳经济列为国家战略。激光清洗技术具有适用对象广、清洁度高、绿色环保等优点已成为目前最理想的绿色清洗技术。
目前市面上的激光清洗方式按激光器工作模式分主要有三类，第一类为连续光清洗，使用连续激光器作为光源加上连续光清洗头进行激光清洗，这类设备的优势为连续激光器成本较低，缺点为连续光热输入大易造成基材微熔从而损伤基材，目前主要用于没有太高基材损伤没要求的除锈、除污垢等领域。第二类为脉冲光清洗，使用脉冲激光器加上脉冲光清洗头进行激光清洗，这类设备的优势为脉冲光热输入小不易损伤基材，缺点为脉冲激光器价格较高，目前广泛应用于各类除漆、除锈、除污垢、除氧化层等领域。第三类为复合激光清洗，同时使用连续激光器和脉冲激光器两台激光器加上双路清洗头进行激光清洗，连续光使待清洗附着物吸收能量产生气化云，在金属材料和附着物之间形成热膨胀压力，降低两者间的结合力，再通过脉冲光的高峰值功率产生的振动冲击波使结合力不强的附着物直接脱离金属表面，从而直接实现激光快速清洗。这类设备清洗效率高，但是两台激光器的同时使用，成本极高，不具有市场效益，复合清洗目前仅应用于涂层厚、结合力较强的附着物清洗。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，解决了单一激光清洗方式连续光清洗热效应强易伤基材、脉冲光清洗激光器成本高、常规复合清洗双路清洗头成本高的技术问题。
(2)技术方案
本发明的实施例提出了一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，包括：种子光模组、预放大模组、主放大模组和输出模组；所述种子光模组与所述预放大模组连接，所述预放大模组与所述主放大模组连接，所述主放大模组与所述输出模组连接，所述预放大模组设置有一组或多组，所述种子光模组具有连续光和脉冲光的切换功能以实现连续光清洗、脉冲光清洗和复合清洗三种工作模式。
进一步地，所述种子光模组包括依次连接的高反光纤光栅、声光调制器、第一模式剥除器、第一增益光纤、第一合束器、第一泵浦激光器、低反光纤光栅以及第一滤波隔离器，所述声光调制器与声光开关控制电路连接。
进一步地，所述种子光模组包括依次连接的高反光纤光栅、声光调制器、第一泵浦激光器、第一合束器、第一增益光纤、第一模式剥除器、低反光纤光栅以及第一滤波隔离器，所述声光调制器与声光开关控制电路连接。
进一步地，所述种子光模组包括依次连接的半导体激光器和第一滤波隔离器，所述半导体激光器与调制驱动电路连接。
进一步地，所述预放大模组包括依次连接的第二泵浦激光器、第二合束器、第二增益光纤、第二模式剥除器以及第二滤波隔离器。
进一步地，所述预放大模组包括依次连接的第二模式剥除器、第二增益光纤、第二合束器、第二泵浦激光器以及第二滤波隔离器。
进一步地，所述主放大模组包括依次连接的第三泵浦激光器、第三合束器、第三增益光纤以及第三模式剥除器。
进一步地，所述主放大模组包括依次连接的第三模式剥除器、第三增益光纤、第三合束器以及第三泵浦激光器。
进一步地，所述主放大模组包括依次连接的正向合束器、第三增益光纤、反向合束器、第三模式剥除器，所述正向合束器包括依次连接的第三泵浦激光器和第三合束器，所述反向合束器包括依次连接的第三合束器和第三泵浦激光器。
进一步地，所述输出模组包括依次连接的激光器输出头和激光清洗头。
(3)有益效果
综上，本发明通过种子光模组实现连续光和脉冲光的切换，从而改变所述激光器的出光方式，可以根据具体的除漆、除锈、除污垢、除氧化层需求及现场工况进行调整，实现全连续出光，全脉冲出光，以及连续脉冲交叉出光的多种工作模式进行激光清洗。调节灵活可满足各类基材损伤程度要求，进而适用于各类应用领域，在同等工作效率情况下脉冲模式功率大幅下降，激光器成本低，适用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种多工作模式激光清洗用光纤激光器的总体结构光路图；
图2是种子模组正向泵浦结构光路图；
图3是种子模组电调制结构光路图；
图4是预放大模组反向泵浦结构光路图；
图5是主放大模组反向泵浦结构光路图；
图6是主放大双向泵浦结构光路图；
图中：1、种子光模组；2、预放大模组；3、主放大模组；4、输出模组；5、高反光纤光栅；6、声光调制器；7、第一模式剥除器；8、第一增益光纤；9、第一合束器；10、第一泵浦激光器；11、低反光纤光栅；12、第一滤波隔离器；13、第二泵浦激光器；14、第二合束器；15、第二增益光纤；16、第二模式剥除器；17、第二滤波隔离器；18、第三泵浦激光器；19、第三合束器；20、第三增益光纤；21、第三模式剥除器；22、激光器输出头；23、激光清洗头；24、声光开关控制电路；25、调制驱动电路；26、半导体激光器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1，本发明的实施例提出了一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，包括：种子光模组1、预放大模组2、主放大模组3和输出模组4；所述种子光模组1与所述预放大模组2连接，所述预放大模组2与所述主放大模组3连接，所述主放大模组3与所述输出模组4连接，所述预放大模组2设置有一组或多组，所述种子光模组1具有连续光和脉冲光的切换功能，用于改变所述激光器的出光方式，可以根据具体的除漆、除锈、除污垢、除氧化层需求及现场工况进行调整，实现全连续出光，全脉冲出光，以及连续脉冲交叉出光的多种工作模式进行激光清洗。调节灵活可满足各类基材损伤程度要求，进而适用于各类应用领域，在同等工作效率情况下脉冲模式功率大幅下降，激光器成本低，适用范围广。
请参考图1，在一些实施例中，所述种子光模组1采用反向泵浦方式，其包括依次连接的高反光纤光栅5、声光调制器6、第一模式剥除器7、第一增益光纤8、第一合束器9、第一泵浦激光器10、低反光纤光栅11以及第一滤波隔离器12，所述声光调制器6与声光开关控制电路24连接。工作时，所述第一泵浦激光器10先输出连续泵浦光，泵浦光经过第一合束器9进入第一增益光纤8使增益光纤内翻转粒子数增加完成光纤储能过程，此时声光调制器6处于关闭状态，谐振腔内Q值小损耗高还未达到激光输出阈值，当声光开关控制电路24给出信号将声光调制器6调节至开启状态时，谐振腔内Q值变大损耗降低出快速输出激光，通过声光调制器6的快速开关形成纳秒脉冲激光输出。当声光开关控制电路24控制声光调制器6持续开启，则激光器输出连续激光。其中高反光纤光栅5和低反光纤光栅11作用为选出需要的激光波长，第一模式剥除器7作用为滤除残余的泵浦激光，第一滤波隔离器12作用为保证信号光正向通过传输到预放大模组2，同时防止回反光传输到种子光模组1中影响激光器的正常工作。
请参考图2，在一些实施例中，所述种子光模组1采用正向泵浦方式，其包括依次连接的高反光纤光栅5、声光调制器6、第一泵浦激光器10、第一合束器9、第一增益光纤8、第一模式剥除器7、低反光纤光栅11以及第一滤波隔离器12，所述声光调制器6与声光开关控制电路24连接。
请参考图3，在一些实施例中，区别于上述正向泵浦方式和反向泵浦方式，另一种实现方式的所述种子光模组1包括依次连接的半导体激光器26和第一滤波隔离器12，所述半导体激光器26与调制驱动电路25连接。具体为所述调制驱动电路25输出连续信号时，所述半导体激光器26输出连续光，再通过第一滤波隔离器12传输到预放大模组2，激光器输出为连续光；所述调制驱动电路25输出脉冲信号时，所述半导体激光器26输出脉冲光，再通过第一滤波隔离器12传输到预放大模组2，激光器输出为脉冲光；所述调整驱动电路输出连续信号后再输出脉冲信号时，所述半导体激光器26输出连续光后再输出脉冲光，再通过第一滤波隔离器12传输到预放大模组2，激光器输出光为连续光和脉冲光。
在一些实施例中，所述预放大模组2采用正向泵浦方式，其包括依次连接的第二泵浦激光器13、第二合束器14、第二增益光纤15、第二模式剥除器16以及第二滤波隔离器17。所述第二泵浦激光器13输出泵浦激光，经过第二合束器14进入第二增益光纤15，所述增益光纤吸收泵浦光反转粒子数增加发生受激辐射效应，对所述种子光模组1传输过来的信号光进行放大，所述第二模式剥除器16将所述第二增益光纤15未吸收的泵浦光滤除，放大后的信号光通过所述第二滤波隔离器17传输到后面的所述预放大模组2或所述主放大模组3。根据要达到的不同功率水平光路中可能存在多个预放大模组2，即所述预放大模组2的个数为N+1(N≥0)。
请参考图4，在一些实施例中，所述预放大模组2采用反向泵浦方式，其包括依次连接的第二模式剥除器16、第二增益光纤15、第二合束器14、第二泵浦激光器13以及第二滤波隔离器17。
在一些实施例中，所述主放大模组3采用正向泵浦方式，其包括依次连接的第三泵浦激光器18、第三合束器19、第三增益光纤20以及第三模式剥除器21。所述第三泵浦激光器18输出泵浦激光，经过所述第三合束器19进入所述第三增益光纤20，增益光纤吸收泵浦光反转粒子数增加发生受激辐射效应，对所述预放大模组2传输过来的信号光进行放大，所述第三模式剥除器21将所述第三增益光纤20未吸收的泵浦光滤除，放大后的信号光传输到所述输出模组4。
请参考图5，在一些实施例中，所述主放大模组3采用反向泵浦方式，其包括依次连接的第三模式剥除器21、第三增益光纤20、第三合束器19以及第三泵浦激光器18。
请参考图6，在一些实施例中，所述主放大模组3采用双向泵浦方式，其包括依次连接的正向合束器、第三增益光纤20、反向合束器、第三模式剥除器21，所述正向合束器包括依次连接的第三泵浦激光器18和第三合束器19，所述反向合束器包括依次连接的第三合束器19和第三泵浦激光器18。
在一些实施例中，所述输出模组4包括依次连接的激光器输出头22和激光清洗头23。
实施例：
按照图1所述，搭建了一台多工作模式光纤激光器，脉冲光模式下最高平均功率300W最大单脉冲能量6mJ，连续光模式下最高平均功率1000W。高反光纤光栅5及低反光纤光栅11的中心波长为1064nm，声光调制器6频率为100MHz，第一泵浦激光器10波长915nm功率10W数量2只，第一增益光纤纤芯直径10μm，第一滤波隔离器120最高承受平均功率10W滤波带宽10nm0.5dB。种子光模组1脉冲光模式下输出信号光波长1064nm，平均功率3W，脉宽70ns，重频50-100KHz可调。种子光模组1连续光模式下输出信号光波长1064nm，平均功率5W。
此激光器只有一个预放大模组2，其中第二泵浦激光器13波长915nm功率50W数量2只，第二增益光纤纤芯直径20μm，第二滤波隔离器17最高承受平均功率50W滤波带宽10nm0.5dB。预放大模组2脉冲光模式下输出信号光波长1064nm，平均功率20W，脉宽80ns，重频50-100KHz可调。预放大模组2连续光模式下输出信号光波长1064nm，平均功率40W。
此激光器主放大模组3，其中第三泵浦激光器18波长915nm功率250W数量6只，第三增益光纤纤芯直径50μm。主放大模组3脉冲光模式下输出信号光波长1064nm，平均功率300W，脉宽105ns，重频50-100KHz可调。主放大模组3连续光模式下输出信号光波长1064ns，平均功率1000W。
输出模组4中激光器输出头22光纤纤芯直径50μm，激光清洗头23为常规单路清洗头。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，包括：种子光模组、预放大模组、主放大模组和输出模组；所述种子光模组与所述预放大模组连接，所述预放大模组与所述主放大模组连接，所述主放大模组与所述输出模组连接，所述预放大模组设置有一组或多组，所述种子光模组具有连续光和脉冲光的切换功能以实现连续光清洗、脉冲光清洗和复合清洗三种工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述种子光模组包括依次连接的高反光纤光栅、声光调制器、第一模式剥除器、第一增益光纤、第一合束器、第一泵浦激光器、低反光纤光栅以及第一滤波隔离器，所述声光调制器与声光开关控制电路连接。
3.根据权利要求1所述一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述种子光模组包括依次连接的高反光纤光栅、声光调制器、第一泵浦激光器、第一合束器、第一增益光纤、第一模式剥除器、低反光纤光栅以及第一滤波隔离器，所述声光调制器与声光开关控制电路连接。
4.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述种子光模组包括依次连接的半导体激光器和第一滤波隔离器，所述半导体激光器与调制驱动电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述预放大模组包括依次连接的第二泵浦激光器、第二合束器、第二增益光纤、第二模式剥除器以及第二滤波隔离器。
6.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述预放大模组包括依次连接的第二模式剥除器、第二增益光纤、第二合束器、第二泵浦激光器以及第二滤波隔离器。
7.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述主放大模组包括依次连接的第三泵浦激光器、第三合束器、第三增益光纤以及第三模式剥除器。
8.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述主放大模组包括依次连接的第三模式剥除器、第三增益光纤、第三合束器以及第三泵浦激光器。
9.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述主放大模组包括依次连接的正向合束器、第三增益光纤、反向合束器、第三模式剥除器，所述正向合束器包括依次连接的第三泵浦激光器和第三合束器，所述反向合束器包括依次连接的第三合束器和第三泵浦激光器。
10.根据权利要求1所述的一种多工作模式激光清洗用光纤激光器，其特征在于，所述输出模组包括依次连接的激光器输出头和激光清洗头。
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