CN212323402U - 激光合束监测系统及光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光器领域，提供了一种激光合束监测系统及光纤激光器，其中，激光合束监测系统包括合束器、包层光剥除模块、散射光监测模块和温度监测模块；包层光剥除模块包括若干个包层光剥除单元；合束器包括输出支路和若干个输入支路，输出支路或每个输入支路设置有至少一个包层光剥除单元；散射光监测模块包括一个或多个散射光监测单元，其中，至少一个散射光监测单元用于监测合束器的散射光的强度；温度监测模块包括一个或多个温度监测单元，其中，至少一个温度监测单元用于监测任意一个包层光剥除单元的温度。本实用新型提供显著提升了光纤激光器的可靠性和稳定性，同时保证光纤激光器的高功率输出。
Description
技术领域
本实用新型属于激光器领域，更具体地说，是涉及一种激光合束监测系统及光纤激光器。
背景技术
在高功率连续光纤激光器领域，万瓦级光纤激光器通过对多个子激光模块进行合束处理，输出高功率激光。由于激光输出功率的大幅提升，合束器内非常容易产生能量积聚。当能量积聚到一定程度时，容易致使光纤激光器失效。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种激光合束监测系统及光纤激光器，以减少合束器的能量积聚，同时防止合束器能量过度积聚导致光纤激光器失效。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种激光合束监测系统，包括合束器、包层光剥除模块、散射光监测模块和温度监测模块；
所述包层光剥除模块包括若干个包层光剥除单元；
所述合束器包括输出支路和若干个输入支路，所述输出支路或每个所述输入支路设置有至少一个所述包层光剥除单元；
所述散射光监测模块包括一个或多个散射光监测单元，其中，至少一个所述散射光监测单元用于监测所述合束器的散射光的强度；
所述温度监测模块包括一个或多个温度监测单元，其中，至少一个所述温度监测单元用于监测任意一个所述包层光剥除单元的温度。
可选的，所述包层光剥除单元为设置在所述输出支路或所述输入支路上的包层光剥除结构；或者，
所述包层光剥除单元为与所述输出支路或所述输入支路熔接的包层光剥除器。
可选的，还包括用于固定所述合束器的散热基座。
可选的，所述输入支路上的包层光剥除单元与所述散热基座的距离大于10厘米。
可选的，所述包层光剥除单元的包层光隔离度大于15dB。
可选的，还包括传输光纤，所述传输光纤与所述输出支路连接。
可选的，还包括控制模块，所述控制模块与所述散射光监测模块连接，并用于当所述散射光监测模块监测的散射光强度超出预设光强度范围时，发出第一断电信号；
所述控制模块与所述温度监测模块连接，并用于当所述温度监测模块监测的温度超出预设温度范围时，发出第二断电信号。
可选的，所述激光合束监测系统包括若干个熔接点；
在所述散射光监测模块中，还设置有至少一个用于监测指定位置的散射光的强度的散射光监测单元，所述指定位置包括所述包层光剥除单元、所述传输光纤或所述熔接点。
可选的，所述激光合束监测系统存在包括若干个熔接点，部分所述熔接点处于包层光剥除单元与所述传输光纤之间；
在所述温度监测模块中，还设置有至少一个用于监测所述合束器的温度的温度监测单元。
本实用新型还提供了一种光纤激光器，包括上述任意一种激光合束监测系统。
与现有技术相比，本实用新型提供的激光合束监测系统在合束器的输入支路和输出支路上均设置了包层光剥除单元，同时使用了散射光监测模块对合束器的工作状态进行监测，使用温度监测模块对包层光剥除单元的工作状态进行监测，显著提升了光纤激光器的可靠性和稳定性，同时保证光纤激光器的高功率输出。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的激光合束监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，现对本实用新型提供的激光合束监测系统进行说明。一种激光合束监测系统，包括合束器01、包层光剥除模块、散射光监测模块和温度监测模块；
包层光剥除模块包括若干个包层光剥除单元022；
合束器01包括输出支路和若干个输入支路，输出支路或每个输入支路设置有至少一个包层光剥除单元022；
散射光监测模块包括一个或多个散射光监测单元030，其中，至少一个散射光监测单元030用于监测合束器01的散射光的强度；
温度监测模块包括一个或多个温度监测单元040，其中，至少一个温度监测单元040用于监测包层光剥除单元022的温度。
本实施例中，激光合束监测系统可与激光光源05、输出头06、激光器电源(未图示)等部件组合成光纤激光器。需要注意的是，在此处使用的激光合束监测系统一般指适用于万瓦级光纤激光器的监测系统。万瓦级光纤激光器的激发功率可以是10k-30kW。在激光合束监测系统中，主要包括合束器01、包层光剥除模块、散射光监测模块和温度监测模块。
合束器01包括多个输入支路和一个输出支路。输入支路的输入端可以与激光光源05连接。输出支路的输出端可与输出头06连接。合束器01将激光光源05产生的激光汇聚在一起，并通过输出头06输出。
包层光剥除模块用于将剥除在光纤包层传送的光，保证激光合束监测系统的稳定性。包层光剥除模块包括若干个包层光剥除单元022(或包层光剥除单元021)。激光在光源05与输入支路的连接处为熔接点。光源05输出的激光在经过熔接点时，会产生部分的包层光。这些包层光会对合束器01造成巨大威胁，若进入合束器01的包层光过多，会使合束器01失效。因而，需要通过包层光剥除单元021对包层光进行剥除，以减少进入合束器01的包层光。同样的，为了防止包层光对输出头06的损害，可以在激光输入输出头06之前，使用包层光剥除单元022除掉大部分的包层光。
散射光监测模块用于监测光纤激光器中一些容易产生散射光部位的散射光的强度。散射光监测模块包括一个或多个散射光监测单元030。其中，一处容易产生散射光部位包括了合束器01所在的位置。因而，可以设置至少一个散射光监测单元030，用于监测合束器01的散射光的强度。散射光监测单元030可以使用光电传感器。当散射光监测模块检测到的散射光的强度过高或过低时，可以判定光纤激光器的工作状态存在异常。
温度监测模块用于监测光纤激光器中一些容易升温部位的温度。温度监测模块包括一个或多个温度监测单元040。其中，一处容易产生升温部位包括了包层光剥除单元022所在的位置。因而，可以设置一个温度监测单元040，用于监测包层光剥除单元022的温度。当温度监测模块检测到的散射光的强度过高或过低时，可以判定光纤激光器的工作状态存在异常。可以在所有的包层光剥除单元(可以是包层光剥除单元021或包层光剥除单元022)均设置温度监测单元040，也可以仅在部分的包层光剥除单元设置温度监测单元040。一般情况下，一个温度监测单元监测一个包层光剥除单元的温度。
可选的，包层光剥除单元022为设置在输出支路或输入支路上的包层光剥除结构；或者，
包层光剥除单元022为与输出支路或输入支路熔接的包层光剥除器。
本实施例中，包层光剥除单元022可以是与输出支路或输入支路熔接的包层光剥除器，也可以是设置在输出支路或输入支路上的包层光剥除结构。包层光剥除单元022的包层光隔离度可以根据实际需要进行设置，如可以包层光隔离度可以设置为大于15dB。
可选的，还包括用于固定合束器01的散热基座(未图示)。
本实施例中，合束器01可以固定在散热基座中。合束器01工作时会产生大量的热量。散热基座可由导热材料制成。散热基座可与水冷系统连接，由水冷系统带走合束器01的热量。
可选的，输入支路上的包层光剥除单元022与散热基座的距离大于10厘米。
本实施例中，由于包层光剥除单元022和散热基座都是高发热部位，使包层光剥除单元022与散热基座保持一定的间距，有利于分散热量，提高散热效率。
可选的，还包括传输光纤(未图示)，传输光纤与输出支路连接。
本实施例中，传输光纤可以是能够传导光的光纤。一般选用吸收率较低的光纤作为传输光纤。为了便于调节光纤激光器内各部件的位置，输出支路可以先连接传输光纤，再由传输光纤连接输出头06。传输光纤与输出支路连接，会产生相应的熔接点。
可选的，还包括控制模块，控制模块与散射光监测模块连接，并用于当散射光监测模块监测的散射光强度超出预设光强度范围时，发出第一断电信号；
控制模块与温度监测模块连接，并用于当温度监测模块监测的温度超出预设温度范围时，发出第二断电信号。
本实施例中，控制模块可以是由单片机组成。控制模块与散射光监测模块电性连接，控制模块可以接收散射光监测模块检测到的散射光强度。控制模块中设置了光强度逻辑控制程序，可以响应散射光监测模块发送的散射光强度，发出相应的控制信号。光强度逻辑控制程序可以包括预设光强度范围。预设光强度范围包括了一个光强度上限值和光强度下限值。当散射光监测模块监测的信号大于上限值或小于下限值时，控制模块可向激光器电源发出一个控制信号，即为第一断电信号。在一示例中，当光纤激光器的激发功率为6kW时，若正常工作状态下，散射光监测模块检测到的散射光强度为0.6V，则光强度上限值可以设置为1.2V。光强度上限值可与光纤激光器的激发功率呈正相关。
控制模块与温度监测模块电性连接，控制模块可以接收温度监测模块检测到的温度数据。控制模块中设置了温度逻辑控制程序，可以响应温度监测模块发送的温度数据，发出相应的控制信号。温度逻辑控制程序可以包括预设温度范围。预设温度范围包括了一个温度上限值和温度下限值。当温度监测模块监测的信号大于上限值或小于下限值时，控制模块可向激光器电源发出一个控制信号，即为第二断电信号。示例性的，若温度监测模块监测的是水冷板(属于水冷系统)的温度，则温度上限值可以设置为33℃，温度下限值可以设置为18-20℃。
可选的，激光合束监测系统包括若干个熔接点，部分熔接点处于包层光剥除单元022与传输光纤之间；
在散射光监测模块中，还设置有至少一个用于监测指定位置的散射光的强度的散射光监测单元，指定位置包括包层光剥除单元022、传输光纤或熔接点；
激光合束监测系统正常工作时，散射光监测单元030监测到的散射光平均强度为散射光监测单元030的饱和功率的三分之一至二分之一。
本实施例中，激光合束监测系统存在若干个熔接点，如可以是包层光剥除单元022与传输光纤的连接部位。散射光监测单元030监测的指定位置一般选择散射光强度较高的位置，如熔接点附近、合束器01附近或者传输光纤附近。
激光合束监测系统正常工作时(指的是激光合束监测系统监测的散射光强度没有超出预设光强度范围，此时光纤激光器处于正常的工作状态)，散射光监测单元030监测到的散射光平均强度为散射光监测单元030的饱和功率的三分之一至二分之一。可以根据实际测得的散射光强度确定散射光监测单元030的具体位置。例如，可以选择在激光合束监测系统正常工作时，测量散射光监测单元030监测到的散射光平均强度，然后选取散射光平均强度为散射光监测单元030的饱和功率的三分之一至二分之一的位置，作为指定位置。也可以测量指定位置的散射光平均强度，然后选择适配饱和功率的散射光监测单元030(散射光平均强度为散射光监测单元030的饱和功率的三分之一至二分之一)。
可选的，在温度监测模块中，还设置有至少一个用于监测合束器01的温度的温度监测单元。
本实施例中，可以在多个位置设置温度监测单元040，以测量不同位置的温度。如，测量温度的位置包括但不限于合束器01、散热基座、水冷板。
如图1所示，本实用新型还提供了一种光纤激光器，包括上述任意一种激光合束监测系统。
光纤激光器可由激光合束监测系统、激光光源05、输出头06、激光器电源(未图示)等部件组合而成。光纤激光器的激发功率可以是10k-30kW。光纤激光器产生的激光波长可以是1070nm。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种激光合束监测系统，其特征在于，包括合束器、包层光剥除模块、散射光监测模块和温度监测模块；
所述包层光剥除模块包括若干个包层光剥除单元；
所述合束器包括输出支路和若干个输入支路，所述输出支路或每个所述输入支路设置有至少一个所述包层光剥除单元；
所述散射光监测模块包括一个或多个散射光监测单元，其中，至少一个所述散射光监测单元用于监测所述合束器的散射光的强度；
所述温度监测模块包括一个或多个温度监测单元，其中，至少一个所述温度监测单元用于监测任意一个所述包层光剥除单元的温度。
2.如权利要求1所述的激光合束监测系统，其特征在于，所述包层光剥除单元为设置在所述输出支路或所述输入支路上的包层光剥除结构；或者，
所述包层光剥除单元为与所述输出支路或所述输入支路熔接的包层光剥除器。
3.如权利要求1所述的激光合束监测系统，其特征在于，还包括用于固定所述合束器的散热基座。
4.如权利要求3所述的激光合束监测系统，其特征在于，所述输入支路上的包层光剥除单元与所述散热基座的距离大于10厘米。
5.如权利要求1所述的激光合束监测系统，其特征在于，所述包层光剥除单元的包层光隔离度大于15dB。
6.如权利要求1所述的激光合束监测系统，其特征在于，还包括传输光纤，所述传输光纤与所述输出支路连接。
7.如权利要求1所述的激光合束监测系统，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块与所述散射光监测模块连接，并用于当所述散射光监测模块监测的散射光强度超出预设光强度范围时，发出第一断电信号；
所述控制模块与所述温度监测模块连接，并用于当所述温度监测模块监测的温度超出预设温度范围时，发出第二断电信号。
8.如权利要求6所述的激光合束监测系统，其特征在于，所述激光合束监测系统包括若干个熔接点，部分所述熔接点处于包层光剥除单元与所述传输光纤之间；
在所述散射光监测模块中，还设置有至少一个用于监测指定位置的散射光的强度的散射光监测单元，所述指定位置包括所述包层光剥除单元、所述传输光纤或所述熔接点；
所述激光合束监测系统正常工作时，所述散射光监测单元监测到的散射光平均强度为所述散射光监测单元的饱和功率的三分之一至二分之一。
9.如权利要求6所述的激光合束监测系统，其特征在于，在所述温度监测模块中，还设置有至少一个用于监测所述合束器的温度的温度监测单元。
10.一种光纤激光器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的激光合束监测系统。
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| CN202020646073.9U CN212323402U (zh) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | 激光合束监测系统及光纤激光器 |
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| CN202020646073.9U Active CN212323402U (zh) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | 激光合束监测系统及光纤激光器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113572016A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-29 | 无锡锐科光纤激光技术有限责任公司 | 半导体激光器 |
| CN115655657A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-01-31 | 北京凯普林光电科技股份有限公司 | 一种光纤合束器测试系统及方法 |
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2020
- 2020-04-24 CN CN202020646073.9U patent/CN212323402U/zh active Active
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