CN116937298B - 一种具有安全保护机制的准分子激光装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种具有安全保护机制的准分子激光装置及控制方法，通过在在激光装置内部的多个重要部件上部署温控装置，并且将所有温控装置进行PID多级联动，根据预设的各部件温度波动对其他部件温度波动所产生的影响，建立一套PID控制数学模型，通过预设的PID控制算法来联动控制所有温控装置进行控温。本发明能够对整机进行温度多级联动控制，保证设备的运行温度稳定性、安全性，避免准分子激光装置过载导致的温度失控，进一步保障设备安全。并且本发明中设置有光学延时组件，利用不同的光纤光程来实现不同的激光延时组合，可以控制两路激光是否叠加、何时叠加，从而实现装置的激光方案多样性。

Description

一种具有安全保护机制的准分子激光装置及控制方法

技术领域

本发明属于激光设备控制技术领域，具体涉及一种具有安全保护机制的准分子激光装置及控制方法。

背景技术

温度是影响激光装置工作稳定性的一个重要因素。现有技术可知，耦合聚焦后的激光光束斑块会加热光纤端面，导致端面温度过高而产生损坏，进而导致光纤传输性能下降，甚至无法使用，影响输出功率的稳定性。随着温度的升高，激光装置的调制带宽也会减少。这是因为温度升高会导致激光装置中的微分增益系数降低，从而减小了可调制的最大频率范围。温度变化可能会导致激光装置的中心频率偏移，会改变调制带宽内的频率范围，从而影响调制效果。在高功率条件下，温度变化会导致激光装置的增益压缩。这可能会减小调制带宽内的可用增益，从而限制了可调制的最大频率范围。

尤其在激光消融治疗领域内，一旦因为温度原因导致激光输出能量不稳定，将会对人体组织造成不可逆的损伤。而目前的现有技术中主要是通过光学影像技术去实时观察病灶处的消融效果，一旦观察到出现偏离预期的消融现象时已无法改变结果。

现有技术中，医疗相关的激光装置（如准分子激光器）大多使用的是风冷，其使用的目的是对装置进行散热，保持装置在工作期间的整体工作温度。而风冷的热转换效率慢，又不能精确调控温度，无法起到保护设备的作用。

而专利文献中虽然公开了一些针对装置内部的个别部件的温控系统或结构，但是只是针对个别部件进行温控。而激光装置内的各个部件是依次设置在激光光路上的，一旦某个部件温度超过阈值，是会在短时间内对该部件后续光路上的部件造成损坏的。此时，该部件的温控系统即便起到作用，也无法保护到后续光路上的其他部件的损坏，也无法起到保护设备的作用。

另外，现有技术中常用的准分子激光脉冲宽度较短，峰值功率大，采用光纤传输时容易老化。在光切割、光消融等精密应用中，后端光学系统极为昂贵，高的激光峰值功率影响其使用寿命。脉宽拉长对于这些应用显得非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有安全保护机制的准分子激光装置及控制方法，能够对整机内部的多个部件进行温度多级联动控制，保证设备的运行温度稳定性，避免准分子激光装置过载导致的温度失控，进一步保障设备安全。

为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

作为本发明的第一方面，本发明公开了一种具有安全保护机制的准分子激光装置，所述准分子激光装置包括泵浦光源、谐振腔、一级激光输出耦合端口、控制处理器。其中，泵浦光源、谐振腔、一级激光输出耦合端口依次建立光路连接。所述控制处理器与泵浦光源进行电控连接。

所述泵浦光源配置有第一冷媒控制装置及包覆在泵浦光源外侧的冷却腔体，所述冷却腔体为内空结构，冷却腔体的外侧设置有至少一个第一冷媒入口及至少一个第一冷媒出口与所述内空结构连通，冷却腔体的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽；第一冷媒控制装置与冷却腔体的第一冷媒入口及第一冷媒出口设置有连通管道、安装于所述泵浦光源外侧的温度传感器、所述温度传感器与所述第一冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接；所述第一冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接。

在上述基础上，进一步优选为：所述一级激光输出耦合端口的输出口内圈设置有冷却卡套，所述冷却卡套为圆筒状，所述冷却卡套为内空结构，且所述冷却卡套外侧的任意两处分别设置连通内空结构的至少一个第二冷媒入口及至少一个第二冷媒出口。冷却卡套的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽。

还包括第二冷媒控制装置，第二冷媒控制装置与冷却卡套的第二冷媒入口及第二冷媒出口设置有连通管道，安装于所述冷却卡套内的温度传感器，所述温度传感器与所述第二冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接。所述第二冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接。

在上述基础上，进一步优选为：所述具有安全保护机制的准分子激光装置包括光路开关、光学延时组件、光路耦合器，所述光路开关、光学延时组件、光路耦合器依次建立光路连接，且放置于谐振腔与一级激光输出耦合端口之间的光路上。其中：

所述光学延时组件包括多个延时光纤盘，每个延时光纤盘中放置有至少一根光纤，每个延时光纤盘中的光纤长度、类型设置为相同或者不同。所述光路开关与光学延时组件中的每个延时光纤盘的每根光纤的前端建立光路连接。所述多个延时光纤盘的光纤的尾端与光路耦合器建立光路连接。

在上述基础上，进一步优选为：所述光路开关包括扩束镜、缩束镜、聚焦透镜、环状集束端头，其中扩束镜和缩束镜为并列设置，且均与聚焦透镜建立光路连接，聚焦透镜的输出端放置有环状集束端头，环状集束端头内呈环形由外至内堆叠放置多个延时光纤盘的多根光纤。

所述环状集束端头为圆筒状，所述环状集束端头为内空结构，且所述环状集束端头外侧的任意两处分别设置连通内空结构的至少一个第二冷媒入口及至少一个第二冷媒出口。环状集束端头的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽。在所述环状集束端头的内圈同轴处放置至少一个环形导热隔板，所述环形导热隔板与环状集束端头通过导热片进行热传导连接。

还包括第二个第二冷媒控制装置，所述第二个第二冷媒控制装置与环状集束端头的第二冷媒入口及第二冷媒出口设置有连通管道，安装于所述环状集束端头对向的红外热像仪，所述红外热像仪与所述第二冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接；所述第二冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接。

在上述基础上，进一步优选为：所述光路开关包括光栅、聚焦透镜、方形集束端头，光栅与聚焦透镜建立光路连接，聚焦透镜的输出端放置有方形集束端头，方形集束端头内由上至下堆叠放置多根延时光纤盘中的光纤，所述光栅前设置有挡光片，挡光片及光栅均连接有驱动电机。

所述方形集束端头为方框形状，所述方形集束端头为内空结构，且所述方形集束端头外侧的任意两处分别设置连通内空结构的至少一个第二冷媒入口及至少一个第二冷媒出口。方形集束端头的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽。所述方形集束端头的内框里或横向或竖向放置有至少一个片状导热隔板，所述片状导热隔板与方形集束端头的内侧壁进行热传导连接。

还包括第二个第二冷媒控制装置，所述第二个第二冷媒控制装置与方形集束端头的第二冷媒入口及第二冷媒出口设置有连通管道，安装于所述方形集束端头对向的红外热像仪，所述红外热像仪与所述第二冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接。所述第二冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接。

在上述基础上，进一步优选为：所述装置还包括分光镜和激光能量计，所述分光镜放置于所述一级激光输出耦合端口之前的光路上，且分光镜的第一射出光路与一级激光输出耦合端口建立光路连接、第二射出光路与激光能量计建立光路连接；所述控制处理器与激光能量计进行电控连接。

在上述基础上，进一步优选为：所述分光镜通过光路连接有可视光束发生装置，可视光束发生装置发射可视光与光路中的激光光束进行叠合，使其具备可视性。

作为第二方面，在第一方面所述的装置结构的基础上，其公开了一种具有安全保护机制的准分子激光装置控制方法，所述方法步骤如下：

第一方面所述的第一冷媒控制装置为一级控制单元，分别接收作为二级控制单元的第一方面所述的第二冷媒控制装置所获取的实时温度数据及第一冷媒控制装置所获取的实时温度数据；

第一冷媒控制装置将获得的实时温度数据分别与对应的预设数据进行误差比对，获取相应的误差值；

将误差值导入第一冷媒控制装置的PID算法存储器中存储的PID温控数学模型中，利用第一冷媒控制装置的中央处理器分别生成的第一冷媒控制装置温控策略及第二冷媒控制装置温控策略；

第一冷媒控制装置将第二冷媒控制装置温控策略下发至第二冷媒控制装置，第二冷媒控制装置接收下发的温控策略，且第二冷媒控制装置内部的PID算法存储器和中央处理器也根据所接收的实时温度数据生成验证温控策略；

第二冷媒控制装置接收的温控策略与生成的验证温控策略进行比对、验证，若验证结果在误差范围内，则第二冷媒控制装置执行所接收的温控策略；若验证结果超出误差范围，则第二冷媒控制装置执行验证温控策略；并将第二冷媒控制装置所接收的温控策略进行记录、报警。

作为第三方面，在第二方面所述的控制方法的基础上，本发明提供了一种数据处理装置，所述数据处理装置包括中央处理器、可读存储器、数据总线，其特征在于：所述中央处理器同所述可读存储器通过数据总线进行数据连接，所述中央处理器根据操作指令对可读存储器进行控制，从而执行第二方面所述的方法。

本发明的有益效果：

1）通过对激光装置内部的主要部件进行温度监控，并且提供一种保护机制，当激光装置突然超载运行导致部件温度过高时，本发明能快速反应，对部件进行局部降温，从而起到装置的安全保护作用。

2）通过PID控制实现延时控制装置和泵浦光源的的多级联动控温，可以实现将装置中的主要部件进行联动控制，一旦前端的部件温度过高，除了能对前端部件进行冷却外，还能提前启动后端部件的预冷，切断其光路上的连锁反应。既能保护设备不受损坏或减小损坏，又能保障最终输出激光的稳定性、保证治疗效果。

3）能够对激光脉宽进行大范围、多倍级的展宽，进而提高了展宽操作的调控精度，实现多种不同规格的激光能量的输出，从而适用不同的病灶部位的消融。相较于现有的延时器，本实用新型只占用很小的空间就可以达到较大的展宽效果。装置所使用的材料技术成熟、稳定性好、更换维修方便，大大减少了设备使用成本。

附图说明

图1为本发明的实施例1所述的准分子激光装置的系统结构示意图；

图2为本发明的冷却腔体的平面结构示意图；

图3为本发明的冷却腔体的立体结构示意图；

图4为本发明的第一冷媒控制装置的系统结构示意图；

图5为本发明的冷却卡套的平面结构示意图；

图6为本发明的冷却卡套的立体结构示意图；

图7为本发明的第二冷媒控制装置的系统结构示意图；

图8为本发明的PID多级联动温控的方法流程图；

图9为本发明的实施例3所述的具有延时控制装置的结构示意图；

图10为本发明的环状集束端头的平面示意图；

图11为本发明的环状集束端头的立体结构示意图；

图12为本发明的实施例3所述的第二冷媒控制装置的系统结构示意图；

图13为本发明的实施例4所述的具有延时控制装置的结构示意图；

图14为本发明的方形集束端头的平面示意图；

图15为本发明的方形集束端头的立体结构示意图；

图16为本发明的实施例4所述的第二冷媒控制装置的系统结构示意图；

图17为本发明的实施例5所述的双子光路开关的系统结构示意图。

附图标记：1-泵浦光源、2-谐振腔、3-一级激光输出耦合端口、4-控制处理器、5-第一冷媒控制装置、6-冷却腔体、7-第一冷媒入口、8-第一冷媒出口、9-凹槽、10-温度传感器、11-中央处理器、12-冷媒存储罐、13-制冷器、14-PID算法存储器、15-冷却卡套、16-第二冷媒入口、17-第二冷媒出口、18-第二冷媒控制装置、19-光路开关、20-光学延时组件、21-光路耦合器、22-延时光纤盘、23-光纤、24-扩束镜、25-缩束镜、26-聚焦透镜、27-环状集束端头、28-环形导热隔板、29-导热片、30-挡光片、31-光栅、32-方形集束端头、33-片状导热隔板、34-红外热像仪、35-驱动电机、36-分光镜、37-激光能量计、38-可视光束发生装置、39-子光路开关。

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。

本发明中可调节激光脉宽的延时控制装置及激光装置的实施例如图1-4所示。

实施例1：如图1所示，本发明公开了包括泵浦光源1、谐振腔2、一级激光输出耦合端口3、控制处理器4、分光镜36和激光能量计37。其中，泵浦光源1与谐振腔2、一级激光输出耦合端口3建立光路连接。所述一级激光输出耦合端口3配置有适配端口，可与现有的一次性激光消融导管进行适配并输出激光光束。

所述分光镜36放置于所述谐振腔2与所述一级激光输出耦合端口3之间的光路上，且分光镜36的第一射出光路与一级激光输出耦合端口3建立光路连接、第二射出光路与激光能量计37建立光路连接。激光能量计37能监视输出激光光束的能量，判断其是否满足预设的需求，并进行调整。所述分光镜36通过光路连接有可视光束发生装置38，用于与光路中的激光光束进行叠合，使其具备可视性。

所述控制处理器4与泵浦光源1、激光能量计37、可视光束发生装置38进行电控连接。

所述控制处理器4配置有可视化装置及数据输入装置，用于将设备的相关数据信息通过可视化装置展示给使用人员，并且通过数据输入装置输入数据信息，对设备进行相关控制参数的修改。

如图2和图3所示，所述泵浦光源配置有第一冷媒控制装置5及包覆在泵浦光源外侧的冷却腔体6，所述冷却腔体6为内空结构。本实施例中的冷却腔体6的外侧对称设置有一个第一冷媒入口7及一个第一冷媒出口8，且与所述内空结构连通。冷却腔体6的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽9，用于扩大换热面积，提升换热效率。

如图4所示，第一冷媒控制装置5与冷却腔体6的第一冷媒入口7及第一冷媒出口8设置有连通管道、安装于所述泵浦光源外侧的温度传感器10、所述温度传感器10与所述第一冷媒控制装置5的数据接收端口进行数据连接；所述第一冷媒控制装置5包括中央处理器11、冷媒存储罐12、制冷器13、数据接收端口、PID算法存储器14，所述制冷器13、数据接收端口、PID算法存储器14与所述中央处理器11通过数据总线进行连接，所述制冷器13与所述冷媒存储罐12进行热传导连接。

冷媒存储罐12内存放有冷媒介质，比如液体、气体等流体，可根据实际的温控范围选取冷媒介质，本实施例中主要利用水作为冷却媒介。制冷器13用于对冷媒存储罐12进行制冷，保证罐内的冷媒介质能保持在预设温度内，随时被第一冷媒控制装置5进行调用。数据接收端口用于接收如温度传感器10等外部设备传输的数据，供所述第一冷媒控制装置5的中央处理器11进行调用。PID算法存储器14用于存储本装置所要实现温控效果的PID控制程序供所述第一冷媒控制装置5的中央处理器11进行调用。本实施例使用PID控制算法能通过实时获取的温度数据，根据当前的温度数据和设定的目标温度值之间的差值来调整输出，根据差值和设定的PID参数，计算出调整输出的大小。根据调整输出的大小，控制器会调整制冷器13和冷媒存储罐12的输出，以影响冷却温度。并且PID控制程序会重复以上步骤，不断测量温度并调整输出，以实现PID温控。

另外，在所述准分子激光装置内另外一个需要进行温度监控的部件上也配置一套上述的冷媒控制装置及配套的冷却腔体。本实施例中以一级激光输出耦合端口3这一部件为例，如图5和图6所示，所述一级激光输出耦合端口3的适配端口内圈设置有冷却卡套15，所述冷却卡套15为圆筒状，所述冷却卡套15头为内空结构，且所述冷却卡套15外侧的任意两处分别设置连通内空结构的一个第二冷媒入口16及一个第二冷媒入口17。冷却卡套15的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽9，扩大散热面积。所述冷却卡套15安装于所述一级激光输出耦合端口3的适配端口内圈，当适配的激光消融导管插入适配端口时，即插入了所述冷却卡套15，并与其紧密贴合，从而实现冷却卡套15与激光消融导管插入适配端口的光纤部分的温度传导。

如图7所示，第二冷媒控制装置18与冷却卡套15的第二冷媒入口16及第二冷媒入口17设置有连通管道，安装于所述冷却卡套15内的温度传感器10（也可安装于所述冷却卡套15的外部获取插入的光纤端面温度，如利用红热成像仪），所述温度传感器10与所述第二冷媒控制装置18的数据接收端口进行数据连接；所述第二冷媒控制装置18包括中央处理器11、冷媒存储罐12、制冷器13、数据接收端口、PID算法存储器14，所述制冷器13、数据接收端口、PID算法存储器14与所述中央处理器11通过数据总线进行连接，所述制冷器13与所述冷媒存储罐12进行热传导连接。

其第一冷媒控制装置5所实现的控制方法包含了第二冷媒控制装置18的控制方法。并且，所述第一冷媒控制装置5的中央处理器11与所述第二冷媒控制装置18的中央处理器11进行数据连接，所述第一冷媒控制装置5的中央处理器11的控制级别高于所述第二冷媒控制装置18的中央处理器11的控制级别，用于对第二冷媒控制装置18的冷却温度进行控制。从而实现对整个准分子激光装置的泵浦光源1及一级激光输出耦合端口3的PID多级联动控温。

如图8所示，本发明提供了一种PID多级联动控温策略，PID多级联动控温策略的方法具体如下：第一冷媒控制装置5为一级控制单元，分别接收作为二级控制单元的第二冷媒控制装置18所获取的实时温度数据及第一冷媒控制装置5所获取的实时温度数据。将所获得的实时温度数据分别与对应的预设数据进行误差比对，获取相应的误差值。第一冷媒控制装置的PID算法存储器中存储的PID温控数学模型调用上述误差值进行运算分析，分别生成的第一冷媒控制装置及第二冷媒控制装置的温控策略。其策略的思路是同时观察和调整激光装置内部的多个部件温度，即一处发生温度波动，模型相关联的其他部件可能会受影响，也发生温度波动，实现多级联动的温控调整，起到提前预防保护的作用，使各部件的温度提前尽快恢复到或保持在预设安全温度范围控制内。以本实施例为例，当对泵浦光源1进行温控时，其所输出的激光能量也会发生变化，从而导致光路中一级激光输出耦合端口3的光纤接入端的温度变化，再依据其一级激光输出耦合端口3的光纤接入端的温度变化来对其进行温控，进而实现多级联动性的温控。

并且，第一冷媒控制装置5将生成的第二冷媒控制装置温控策略下发至第二冷媒控制装置后，第二冷媒控制装置会对下发的温控策略进行验证。

第二冷媒控制装置18接收的温控策略与第二冷媒控制装置18内部的PID算法存储器14和中央处理器11根据所监控的实时温度数据所生成的验证温控策略进行比对、验证。若验证结果在误差范围内，则第二冷媒控制装置18执行所接收的温控策略；若验证结果超出误差范围，则第二冷媒控制装置18执行验证温控策略。并将第二冷媒控制装置18所接收的温控策略进行记录、报警，供技术人员后续参考及对PID多级联动控温系统的数学模型进行调整、改进。

根据上述温控策略思路，本发明通过simulink建立了一个PID多级联动控温系统的数学模型，该模型中建立了两级的PID控制公式，且每级的PID控制公式是相对独立，第一级的公式具有最高权重，下一级的权重次之。且下一级的PID控制公式的输出作为上一级的PID控制公式的输入参考项，用于后续优化，从而实现PID多级联动控制。

实施例2：本实施例与实施例1的区别在于，本发明还包括一种脉宽延时控制装置，能够对激光脉宽进行延时叠加，对输出的激光能量进行灵活控制，从而适用不同的病灶部位的消融。如图9和图13所示，所述延时控制装置包括光路开关19、光学延时组件20、光路耦合器21，所述光路开关19、光学延时组件20、光路耦合器21依次建立光路连接。其中：

所述光学延时组件20包括多个延时光纤盘22，本实施例中设定为2个延时光纤盘22。每个延时光纤盘22中放置有多根光纤23，光纤23缠绕于所述延时光纤盘22的盘体上。每个光纤盘中的光纤23长度、类型设置为相同或者不同，本实施例中其中一个延时光纤盘22上的光纤23设置为60米，另一个延时光纤盘22上的光纤23设置为20米。其中延时光纤盘22可以为一个盘体，也可以是多个盘体组合使用，在此并无限制。

所述光路开关19用于控制泵浦光源1所发射出的激光光束的光路开启和闭合，光路开关19开启的间隔时间的不同设置可以控制两路激光是否叠加、何时叠加，实现不同的脉宽展宽效果。另外，本发明使用一个泵浦光源1，利用光路开关中设置的激光分束器或者反射镜将入射光束分别引导至2个延时光纤盘22上。当然，本发明并非仅限制于激光分束器或者反射镜，其目的是将入射光束分别或同时引导至需要被激活的光路上，任何可以实现上述目的的单个器件或多个组件均为本发明所限定保护的范围内。

2个延时光纤盘22的光纤23的尾端与光路耦合器建立光路连接21，通过光路耦合器21将多个光纤23传输的激光光束进行合束，作为输出激光用于病灶处的消融治疗。

本延时控制装置是利用增加光程，通过物理延时方法来进行脉宽的叠加。其中光程每增加1m，光脉冲可以延时3.3ns，相比较于现有的延时器只占用很小的空间就可以达到较大的展宽效果。 并且可以将每个延时光纤盘22配置一个相同或不同型号的泵浦光源1，则可以实现多个脉冲的叠加，实现更大范围和倍级的脉宽展宽。

另外，本延时控制装置的延时光纤盘22的安装方式为可拆卸式的，可以根据实际的需要替换缠绕有不同规格、长度的光纤23的盘体，进一步提高了本装置的展宽范围。本实施例配置一个泵浦光源1，且每个延时光纤盘22的盘体上缠绕有多根光纤23，且多根光纤23的长度相同或者不同，本实施例中采用的是多根光纤23长度相同的方案。

实施例3，如图9所示，所述光路开关19包括扩束镜24、缩束镜25、聚焦透镜26、环状集束端头27，其中扩束镜24和缩束镜25为并列设置，且均与聚焦透镜26建立光路连接，聚焦透镜26的输出端放置有环状集束端头27，环状集束端头27内呈环形由外至内堆叠放置2个延时光纤盘22的多根光纤23。其外圈层A区的光纤23均为60米延时光纤盘22上的光纤23，其内圈层B区的光纤23均为20米延时光纤盘22上的光纤23。

本实施例是利用扩束镜24和缩束镜25来调整射入到环状集束端头27的圆形光斑的大小，通过调整光斑的大小来激活相应延时光纤盘22的光纤23中的光路。如扩大光斑使其照射到A区，则聚焦后的激光光束进入相应的光纤23，启动60米延时光纤盘22的光路。同理，当缩小光斑使其照射B区，则启动20米延时光纤盘22的光路；光斑同时照射到A、B区，则同时启动60米和20米延时光纤盘22的光路。通过控制泵浦光源1射出的激光光束进入扩束镜24或缩束镜25来调整光斑的大小，从而实现开启的间隔时间的不同设置可以控制两路激光是否叠加、何时叠加，实现不同的脉宽展宽效果。

本延时控制装置可以使用一个泵浦光源1，利用光路开关中设置的激光分束器或者反射镜将入射光束分别引导至扩束镜24、缩束镜25或同时引导至扩束镜24和缩束镜25上，也可以使用2个泵浦光源1，每个泵浦光源1分别将其入射光束分别引导至扩束镜24和缩束镜25。当然，本发明并非仅限制于激光分束器或者反射镜，其目的是将入射光束分别或同时引导至需要被激活的光路上，任何可以实现上述目的的单个器件或多个组件均为本发明所限定保护的范围内。

并且为所述延时控制装置增加了一套冷却系统，用于对延时控制装置的环状集束端头27的集束光纤的端面进行控温。因为当泵浦光源失控过载时会导致其射出的激光能量陡增，造成集束光纤的端面急剧升温，从而对集束光纤的端面造成损伤。如图10和图11所示，所述环状集束端头27设计为内空结构，且本实施例中所述环状集束端头27外侧的任意两处分别设置连通内空结构的一个第二冷媒入口16及一个第二冷媒入口17，一般这两个出、入口轴对称设置，便于冷媒在内空结构中充分流通。环状集束端头的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽9，所述凹槽9能增大热交换面积，提高热交换效率，从而能在最短时间内尽快控制集束光纤端面的温度，尤其是对温度陡增的情况更为有效。本实施例中所述多根光纤的居中位置放置有一个环形导热隔板28，所述环形导热隔板28与环状集束端头27通过导热片29进行热传导连接，保证集束光纤的端面整体温控效果，避免外圈光纤端面温度下降但内圈光纤端面温度下降过缓或无法下降的情况。导热片29可竖向插接在环状集束端头与环形导热隔板28之间的光纤的缝隙处，进一步的增加集束光纤的导热面积。

如图12所示，延时控制装置内部放置有第二冷媒控制装置18，第二冷媒控制装置18与环状集束端头27的第二冷媒入口16及第二冷媒入口17设置有连通管道，用于将冷媒从入口导入并从出口排出，实现冷媒的循环，保证温控效果。安装于所述环状集束端头对向的红外热像仪34作为温度传感器，用于对集束光纤端面的温度进行监控，所述红外热像仪34与所述第二冷媒控制装置18的数据接收端口进行数据连接，实时将温度数据传送至第二冷媒控制装置18。

其中，第二冷媒控制装置18的内部结构和控制方法与实施例1中所述的一级激光输出耦合端口3所配套的第二冷媒控制装置一致，在此不做过多赘述。

实施例4：如图13所示，本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中所述光路开关19包括挡光片30、光栅31、聚焦透镜26、方形集束端头32，挡光片30放置在光栅31前端的光路上，光栅31与聚焦透镜26建立光路连接，聚焦透镜26的输出端放置有方形集束端头32，方形集束端头32内由上至下堆叠放置2个延时光纤盘22的多根光纤23，其上两层A区的光纤23均为60米延时光纤盘22上的光纤23，其下两层B区的光纤23均为20米延时光纤盘22上的光纤23。挡光片30和光栅31均由驱动电机34控制其转动。

本实施例是利用挡光片30和光栅31来进行光栅31扫描，进而调整射入到方形集束端头32的方形光斑的大小，通过调整光斑的大小来激活相应延时光纤盘22的光纤23中的光路。如扩大光斑使其照射到A区，则聚焦后的激光光束进入相应的光纤23，启动60米延时光纤盘22的光路。同理，当缩小光斑使其照射B区，则启动20米延时光纤盘22的光路；光斑同时照射到A、B区，则同时启动60米和20米延时光纤盘22的光路。通过电机控制挡光片30和光栅31的转动速度，从而控制光栅31衍射出的光斑的大小，从而实现开启的间隔时间的不同设置可以控制两路激光是否叠加、何时叠加，实现不同的脉宽展宽效果。

本实施例中增加了一套冷却系统，用于对方形集束端头32的集束光纤的端面进行控温。如图14和图15所示，所述方形集束端头32为方框形状，所述方形集束端头32为内空结构，且所述方形集束端头32外侧的任意两处分别设置连通内空结构的一个第二冷媒入口16及一个第二冷媒入口17；方形集束端头32的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽9；所述方形集束端头32得内框里或横向或竖向放置有2个片状导热隔板33，所述片状导热隔板33与方形集束端头32的内侧壁进行热传导连接。

如图16所示，本实施例所述冷却系统的第二冷媒控制装置18与实施例3所记载的方案一样，区别是将环状集束端头替换为方形集束端头32，其余结构和控制方法与实施例3所记载的基本一致。

实施例5，如图17所示，针对本发明中所提到的延时装置，本实施例提供了另外一种控制光路开关开启的方案。本实施例中，所述光路开关19用于控制泵浦光源1所发射出的激光光束，光路开关19由多个子光路开关组成，本实施例以2个子光路开关39进行举例。每个子光路开关39光路连接一个延时光纤盘22的光纤23的前端，本实施例配置2个泵浦光源1，且每个泵浦光源1对应一个子光路开关39。通过控制子光路开关39开启的间隔时间的不同设置可以控制两路激光是否叠加、何时叠加，实现不同的脉宽展宽效果。另外，本实施例也可以使用一个泵浦光源1，利用光路开关中设置的激光分束器或者可转动反射镜将入射光束分别引导至2个子光路开关39上。当然，本实施例并非仅限制于激光分束器或者可转动反射镜，其目的是将入射光束分别或同时引导至需要被激活的光路上，任何可以实现上述目的的单个器件或多个组件均为本实施例所限定保护的范围内。

最后应说明的是：在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (6)

1.一种具有安全保护机制的准分子激光装置，其特征在于：所述准分子激光装置包括泵浦光源、谐振腔、一级激光输出耦合端口、控制处理器，其中，

泵浦光源、谐振腔、一级激光输出耦合端口依次建立光路连接；

所述控制处理器与泵浦光源进行电控连接；

所述泵浦光源配置有第一冷媒控制装置及包覆在泵浦光源外侧的冷却腔体，所述冷却腔体为内空结构，冷却腔体的外侧设置有至少一个第一冷媒入口及至少一个第一冷媒出口与所述内空结构连通，冷却腔体的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽；第一冷媒控制装置与冷却腔体的第一冷媒入口及第一冷媒出口设置有连通管道，以及安装于所述泵浦光源外侧的温度传感器，所述温度传感器与所述第一冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接；所述第一冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接；

所述一级激光输出耦合端口的输出口内圈设置有冷却卡套，所述冷却卡套为圆筒状，所述冷却卡套为内空结构，且所述冷却卡套外侧的任意两处分别设置连通内空结构的至少一个第二冷媒入口及至少一个第二冷媒出口；冷却卡套的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽；

还包括第二冷媒控制装置，第二冷媒控制装置与冷却卡套的第二冷媒入口及第二冷媒出口设置有连通管道，安装于所述冷却卡套内的温度传感器，所述温度传感器与所述第二冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接；所述第二冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接；

所述第一冷媒控制装置的中央处理器与所述第二冷媒控制装置的中央处理器进行数据连接；

所述的第一冷媒控制装置为一级控制单元，分别接收作为二级控制单元的第二冷媒控制装置所获取的实时温度数据及第一冷媒控制装置所获取的实时温度数据；

第一冷媒控制装置将分别获得的第一冷媒控制装置及第二冷媒控制装置的实时温度数据分别与对应的预设数据进行误差比对，获取相应的误差值；

将误差值导入第一冷媒控制装置的PID算法存储器中存储的PID温控数学模型中，利用第一冷媒控制装置的中央处理器分别生成的第一冷媒控制装置温控策略及第二冷媒控制装置温控策略；

第一冷媒控制装置将第二冷媒控制装置温控策略下发至第二冷媒控制装置，第二冷媒控制装置接收下发的温控策略，且第二冷媒控制装置内部的PID算法存储器和中央处理器也根据所接收的实时温度数据生成验证温控策略；

第二冷媒控制装置接收的温控策略与生成的验证温控策略进行比对、验证，若验证结果在误差范围内，则第二冷媒控制装置执行所接收的温控策略；若验证结果超出误差范围，则第二冷媒控制装置执行验证温控策略；并将第二冷媒控制装置所接收的温控策略进行记录、报警；

若第二冷媒控制装置执行验证温控策略，则将执行后输出的温度数据传送至第一冷媒控制装置作为其输入温度数据之一。

2.根据权利要求1所述的一种具有安全保护机制的准分子激光装置，其特征在于，所述准分子激光装置包括光路开关、光学延时组件、光路耦合器，所述光路开关、光学延时组件、光路耦合器依次建立光路连接，且放置于谐振腔与一级激光输出耦合端口之间的光路上，其中：

所述光学延时组件包括多个延时光纤盘，每个延时光纤盘中放置有至少一根光纤，每个延时光纤盘中的光纤长度、类型设置为相同或者不同；

所述光路开关与光学延时组件中的每个延时光纤盘的每根光纤的前端建立光路连接；

所述多个延时光纤盘的光纤的尾端与光路耦合器建立光路连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有安全保护机制的准分子激光装置，其特征在于，所述光路开关包括扩束镜、缩束镜、聚焦透镜、环状集束端头，其中扩束镜和缩束镜为并列设置，且均与聚焦透镜建立光路连接，聚焦透镜的输出端放置有环状集束端头，环状集束端头内呈环形由外至内堆叠放置多个延时光纤盘的多根光纤；

所述环状集束端头为圆筒状，所述环状集束端头为内空结构，且所述环状集束端头外侧的任意两处分别设置连通内空结构的至少一个第二冷媒入口及至少一个第二冷媒出口；环状集束端头的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽；在所述环状集束端头的内圈同轴处放置至少一个环形导热隔板，所述环形导热隔板与环状集束端头通过导热片进行热传导连接；

还包括第二个第二冷媒控制装置，所述第二个第二冷媒控制装置与环状集束端头的第二冷媒入口及第二冷媒出口设置有连通管道，安装于所述环状集束端头对向的红外热像仪，所述红外热像仪与所述第二冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接；所述第二冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接；

所述第一冷媒控制装置的中央处理器与所述第二冷媒控制装置的中央处理器进行数据连接。

4.根据权利要求2所述的一种具有安全保护机制的准分子激光装置，其特征在于，所述光路开关包括光栅、聚焦透镜、方形集束端头，光栅与聚焦透镜建立光路连接，聚焦透镜的输出端放置有方形集束端头，方形集束端头内由上至下堆叠放置多根延时光纤盘中的光纤，所述光栅前设置有挡光片，挡光片及光栅均连接有驱动电机；

所述方形集束端头为方框形状，所述方形集束端头为内空结构，且所述方形集束端头外侧的任意两处分别设置连通内空结构的至少一个第二冷媒入口及至少一个第二冷媒出口；方形集束端头的内侧设置有若干个内凹于所述内空结构的凹槽；所述方形集束端头的内框里或横向或竖向放置有至少一个片状导热隔板，所述片状导热隔板与方形集束端头的内侧壁进行热传导连接；

还包括第二个第二冷媒控制装置，所述第二个第二冷媒控制装置与方形集束端头的第二冷媒入口及第二冷媒出口设置有连通管道，安装于所述方形集束端头对向的红外热像仪，所述红外热像仪与所述第二冷媒控制装置的数据接收端口进行数据连接；所述第二冷媒控制装置包括中央处理器、冷媒存储罐、制冷器、数据接收端口、PID算法存储器，所述制冷器、数据接收端口、PID算法存储器与所述中央处理器通过数据总线进行连接，所述制冷器与所述冷媒存储罐进行热传导连接；

所述第一冷媒控制装置的中央处理器与所述第二冷媒控制装置的中央处理器进行数据连接。

5.根据权利要求1-4中任意一个所述的一种具有安全保护机制的准分子激光装置，其特征在于，所述装置还包括分光镜和激光能量计，所述分光镜放置于所述一级激光输出耦合端口之前的光路上，且分光镜的第一射出光路与一级激光输出耦合端口建立光路连接、第二射出光路与激光能量计建立光路连接；所述控制处理器与激光能量计进行电控连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有安全保护机制的准分子激光装置，其特征在于，所述分光镜通过光路连接有可视光束发生装置，可视光束发生装置发射可视光与光路中的激光光束进行叠合，使其具备可视性。