CN213026878U - 一种便携式高功率光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便携式高功率光纤激光器，包括机箱，所述机箱内设有相连接的光路模块、直接制冷模块和电路模块，所述光路模块包含壳体，所述壳体内的中间设有将其分隔成上下两部分的基板，所述基板的中间设有腔体，所述基板的下方设有泵浦光路，所述基板的上方设有激光器光路。本实用新型的有益效果是：通过直接制冷模块实现精确温度控制，通过电路模块实现光路模块、直接制冷模块、温度检测及激光工作参数的闭环控制，实现了高功率光纤激光器温控和激光控制技术的系统集成，实现了光纤激光器的小型化、高效率多环境应用和便携移动性的需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤激光器技术领域，具体为一种便携式高功率光纤激光器。
背景技术
激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就，按工作物质主要分为气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器和光纤激光器。随着技术的进一步提升，光纤激光器及半导体激光器已在现代加工技术中占了非常重要的作用，未来可广泛用于工业、通讯、医疗和军事等多个领域，近年来中高功率连续光纤激光器的已经获得了广泛的应用。
尽管光纤激光器的30％以上的电光转换效率非常明显，但是泵浦源的高发热量及其他核心光纤器件的局部发热仍然给中高功率光纤激光器的安全工作带来潜在隐患，如合束器、剥模器等器件，因此必须采用安全有效的热管理方案将这些冗余热量排出，保障让光纤激光器正常工作。目前中高功率光纤激光器光纤激光器温控方案主要是分离式水冷散热，通过压缩机冷却冷水机里的循环水，采用水泵将冷却水输送到激光器光模块的冷水板。发热模块(泵源和光纤器件)放置于激光器光模块的冷水板上，实现光纤激光器的光模块温控。因为冷水机体积大，无法移动，导致大功率激光器就必须固定放置，无法实现便携式移动。同时这种通过二次冷却的间接制冷方式冷却效率低，也造成系统能效偏低。在实际应用中，光纤激光器的发展方向是高效、紧凑、可移动并能够满足不同特种场合需求和环境应用，如电网清障、无人机拦截、和移动制导等，受制于目前的散热方案和系统集成技术，目前的高功率光纤激光器无法满足。所以需要一种高效热管理和激光控制集成方案，全面解决高功率光纤激光器温控、便携和稳定工作的系统集成技术，让光纤激光器高效、稳定、紧凑和轻量化，适应多种环境下可便携移动的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种便携式高功率光纤激光器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种便携式高功率光纤激光器，包括机箱，所述机箱内设有相连接的光路模块、直接制冷模块和电路模块，所述光路模块包含壳体，所述壳体内的中间设有将其分隔成上下两部分的基板，所述基板的中间设有腔体，所述基板的下方设有泵浦光路，所述基板的上方设有激光器光路，所述泵浦光路包含固定于基板上的相互连接的泵浦源和泵浦合束器，所述激光器光路包含高反光栅、掺镱增益光纤、低反光栅、剥模器和输出光纤端口，所述高反光栅连接泵浦合束器与掺镱增益光纤，所述低反光栅连接掺镱增益光纤与剥模器，所述剥模器与输出光纤端口相连接；
所述直接制冷模块包含冷凝器、压缩机、热质流体微通道和热质流体宏通道，所述冷凝器固定于机箱内光路模块的上方，所述压缩机固定于光路模块的侧边，且二者之间设有隔板，所述热质流体微通道和热质流体宏通道串联且均设置于基板的中间腔体内，所述热质流体宏通道两端分别与冷凝器、压缩机相连接；
所述电路模块包含主控制板、制冷驱动板和电源板，所述主控制板和电源板固定于隔板上靠近压缩机的侧面，所述制冷驱动板设置于主控制板的下方的机箱内。
进一步优选，所述泵浦源采用四个并排于基板上，所述基板的边缘设有多个上下贯穿的过孔。
进一步优选，所述剥模器上设有温度传感器和光电传感器。
进一步优选，所述基板的侧边设有输入口和输出口，所述输入口与冷凝器相连接，所述输出口与压缩机相连接。
进一步优选，所述热质流体微通道为多个并排铜毛细管组成，五个所述热质流体微通道对应设置于泵浦源和泵浦合束器的下方，且五个所述热质流体微通道之间通过热质流体宏通道串联。
进一步优选，所述冷凝器包含翅片和高速风扇，四个所述风扇呈矩形排列在翅片上。
进一步优选，所述机箱的上方设有四个圆形出风口，所述机箱上靠近冷凝器的侧面设有矩形进风口，两个所述进风口对称设置于机箱的两侧面，所述出风口和进风口均设有尘埃滤网。
进一步优选，所述壳体采用保温绝热材料制成，所述电路模块连接有固定于机箱侧面的输入接口和通讯接口。
进一步优选，所述泵浦光路、激光器光路与基板的结合面均填充有低热阻系数导热介质，且其上覆盖有透明导热凝胶。
有益效果
本实用新型的便携式高功率光纤激光器，通过直接制冷模块实现精确温度控制，通过电路模块实现光路模块、直接制冷模块、温度检测及激光工作参数的闭环控制，实现了高功率光纤激光器温控和激光控制技术的系统集成，实现了光纤激光器的小型化、高效率多环境应用和便携移动性的需求。
附图说明
图1为本实用新型实施例所公开的便携式高功率光纤激光器的外部箱体图；
图2为本实用新型实施例所公开的便携式高功率光纤激光器的内部结构示意图；
图3为本实用新型实施例所公开的便携式高功率光纤激光器的光路模块的结构示意图；
图4为本实用新型实施例所公开的便携式高功率光纤激光器的泵浦光路结构示意图；
图5为本实用新型实施例所公开的便携式高功率光纤激光器的激光器光路结构示意图；
图6为本实用新型实施例所公开的基板的内部结构示意图；
图7为本实用新型实施例所公开的冷凝器的结构示意图；
图8为本实用新型实施例所公开的直接制冷模块的工作原理图。
附图标记
1-机箱，11-输入接口，12-通讯接口，13-出风口，14-进风口，2-光路模块，21-壳体，22-基板，221-过孔，23-泵浦光路，231-泵浦源，232-泵浦合束器，233-单纤，24-激光器光路，241-高反光栅，242-掺镱增益光纤，243-低反光栅，244-剥模器，245-温度传感器，246-光电传感器，247-输出光纤端口，3-直接制冷模块，31-冷凝器，311-翅片，312-高速风扇，32-压缩机，33-热质流体微通道，331-输入口，34-热质流体宏通道，341-输出口，4-隔板，5-电路模块，51-主控制板，52-制冷驱动板，53-电源板，6-节流阀。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1-8所示，一种便携式高功率光纤激光器，包括机箱1，所述机箱1内设有相连接的光路模块2、直接制冷模块3和电路模块5，所述光路模块2包含壳体21，所述壳体21内的中间设有将其分隔成上下两部分的基板22，所述基板22的中间设有腔体，所述基板22的下方设有泵浦光路23，所述基板22的上方设有激光器光路24，所述泵浦光路23包含固定于基板22上的相互连接的泵浦源231和泵浦合束器232，所述激光器光路24包含高反光栅241、掺镱增益光纤242、低反光栅243、剥模器244和输出光纤端口247，所述高反光栅241连接泵浦合束器232与掺镱增益光纤242，所述低反光栅243连接掺镱增益光纤242与剥模器244，所述剥模器244与输出光纤端口247相连接；
所述直接制冷模块3包含冷凝器31、压缩机32、热质流体微通道33和热质流体宏通道34，所述冷凝器31固定于机箱1内光路模块2的上方，所述压缩机32固定于光路模块2的侧边，且二者之间设有隔板4，所述热质流体微通道33和热质流体宏通道34串联且均设置于基板22的中间腔体内，所述热质流体宏通道34两端分别与冷凝器31、压缩机32相连接；
所述电路模块5包含主控制板51、制冷驱动板52和电源板53，所述主控制板51和电源板53固定于隔板4上靠近压缩机32的侧面，所述制冷驱动板52设置于主控制板51的下方的机箱1内。
本实施例中，所述光路模块2的工作原理为：所述泵浦源231输出的多根光纤通过泵浦合束器232合束到单纤233中，所述单纤233穿过过孔221后穿过激光振荡器的高反光栅241，然后被掺镱增益光纤242吸收，产生波长为1060-1080nm的受激发射荧光，该荧光沿掺镱增益光纤242传输被放大，至低反光栅243形成正反馈，并不断增强，最终从低反光栅243输出至剥模器244，单纤233的包层内残余的泵浦光被剥除，最终激光从输出光纤端口247扩束后输出。
其中，所述光纤激光器的所有光纤器件都要求纤芯和包层匹配，以减少接点的熔接损耗，提高激光器的光电效率。
本实施例中，所述直接制冷模块3的工作原理为：所述直接制冷模块3为全封闭式冷媒循环系统，来自节流阀6的相变热质(如氟利昂、R134a等冷媒)通过输入口331进入到基板22内的热质流体宏通道34中，经过与其串联的热质流体微通道33的位置时将泵浦源231和泵浦合束器232产生的冗余热量吸收，产生相变，由液态转化成气态，经输出口341输出到压缩机32内，所述主控制板51控制制冷驱动板52驱动压缩机32将气态的相变热质推进入冷凝器31内，所述相变热质的热量传递到翅片311上，然后通过高速风扇312完成和空气的热交换，将气态的相变热质转化为气液混合热质，然后冷凝器31将其输出流向节流阀6，经节流阀6的减压回到基板22内的热质流体宏通道34和热质流体微通道33内，完成冷却循环。
优选的，所述泵浦源231采用四个并排于基板22上，所述基板22的边缘设有多个上下贯穿的过孔221，用于泵浦光路23和激光器光路24的连接通道。
优选的，所述剥模器244上设有温度传感器245和光电传感器246，用于光纤激光器的状态监测和闭环控制，按照指令要求设定光纤激光器的工作状态。
优选的，所述基板22的侧边设有输入口331和输出口341，所述输入口331与冷凝器31通过热质铜管相连接，所述输出口341与压缩机32通过热质铜管相连接。
优选的，所述热质流体微通道33为多个并排铜毛细管组成，五个所述热质流体微通道33对应设置于泵浦源231和泵浦合束器232的下方，且五个所述热质流体微通道33之间通过热质流体宏通道34串联，用于吸收泵浦源231和泵浦合束器232的冗余热量，实现光纤激光器的冷却。
优选的，所述冷凝器31包含翅片311和高速风扇312，四个所述风扇312呈矩形排列在翅片311上，散热速度快，结构紧凑。
优选的，所述机箱1的上方设有四个圆形出风口13，所述机箱1上靠近冷凝器31的侧面设有矩形进风口14，两个所述进风口14对称设置于机箱1的两侧面，实现冷凝器31的快速散热，所述出风口13和进风口14均设有尘埃滤网，防止灰尘进入到光纤激光器的机箱1内。
优选的，所述壳体21采用保温绝热材料制成，所述电路模块5连接有固定于机箱1侧面的输入接口11和通讯接口12。其中，所述输入接口101连接直流电源，其输入电压为20-100V，所述通讯接口12可与机箱1外部的上位机通讯。
优选的，所述泵浦光路23、激光器光路24与基板22的结合面均填充有低热阻系数导热介质，且其上覆盖有透明导热凝胶，便于泵浦光路23和激光器光路24工作时产生的热量被基板22内的相变热质吸收。
本实施例中，光纤激光器的主控制板51接收到外部的输入指令后，开启或关闭光路模块2及控制光路模块的电压电流。所述制冷驱动板52控制冷凝器31和压缩机32的开启及转速，所述制冷驱动板52接收到温度传感器245的温度信号和主控制板51的指令信号，对直接制冷模块3进行匹配控制，产生与泵浦源231、泵浦合束器232及光纤激光器散热需求相等的冷量，以实现对光纤激光器的精确控制。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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、改进等，均应包含在本实用新型性的保护范围之内的实用新型内容。
Claims (9)
1.一种便携式高功率光纤激光器，包括机箱(1)，所述机箱(1)内设有相连接的光路模块(2)、直接制冷模块(3)和电路模块(5)，其特征在于：所述光路模块(2)包含壳体(21)，所述壳体(21)内的中间设有将其分隔成上下两部分的基板(22)，所述基板(22)的中间设有腔体，所述基板(22)的下方设有泵浦光路(23)，所述基板(22)的上方设有激光器光路(24)，所述泵浦光路(23)包含固定于基板(22)上的相互连接的泵浦源(231)和泵浦合束器(232)，所述激光器光路(24)包含高反光栅(241)、掺镱增益光纤(242)、低反光栅(243)、剥模器(244)和输出光纤端口(247)，所述高反光栅(241)连接泵浦合束器(232)与掺镱增益光纤(242)，所述低反光栅(243)连接掺镱增益光纤(242)与剥模器(244)，所述剥模器(244)与输出光纤端口(247)相连接；
所述直接制冷模块(3)包含冷凝器(31)、压缩机(32)、热质流体微通道(33)和热质流体宏通道(34)，所述冷凝器(31)固定于机箱(1)内光路模块(2)的上方，所述压缩机(32)固定于光路模块(2)的侧边，且二者之间设有隔板(4)，所述热质流体微通道(33)和热质流体宏通道(34)串联且均设置于基板(22)的中间腔体内，所述热质流体宏通道(34)两端分别与冷凝器(31)、压缩机(32)相连接；
所述电路模块(5)包含主控制板(51)、制冷驱动板(52)和电源板(53)，所述主控制板(51)和电源板(53)固定于隔板(4)上靠近压缩机(32)的侧面，所述制冷驱动板(52)设置于主控制板(51)的下方的机箱(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源(231)采用四个并排于基板(22)上，所述基板(22)的边缘设有多个上下贯穿的过孔(221)。
3.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述剥模器(244)上设有温度传感器(245)和光电传感器(246)。
4.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述基板(22)的侧边设有输入口(331)和输出口(341)，所述输入口(331)与冷凝器(31)相连接，所述输出口(341)与压缩机(32)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述热质流体微通道(33)为多个并排铜毛细管组成，五个所述热质流体微通道(33)对应设置于泵浦源(231)和泵浦合束器(232)的下方，且五个所述热质流体微通道(33)之间通过热质流体宏通道(34)串联。
6.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述冷凝器(31)包含翅片(311)和高速风扇(312)，四个所述风扇(312)呈矩形排列在翅片(311)上。
7.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述机箱(1)的上方设有四个圆形出风口(13)，所述机箱(1)上靠近冷凝器(31)的侧面设有矩形进风口(14)，两个所述进风口(14)对称设置于机箱(1)的两侧面，所述出风口(13)和进风口(14)均设有尘埃滤网。
8.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述壳体(21)采用保温绝热材料制成，所述电路模块(5)连接有固定于机箱(1)侧面的输入接口(11)和通讯接口(12)。
9.根据权利要求1所述的一种便携式高功率光纤激光器，其特征在于：所述泵浦光路(23)、激光器光路(24)与基板(22)的结合面均填充有低热阻系数导热介质，且其上覆盖有透明导热凝胶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022547952.9U CN213026878U (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 一种便携式高功率光纤激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202022547952.9U CN213026878U (zh) | 2020-11-06 | 2020-11-06 | 一种便携式高功率光纤激光器 |
Publications (1)
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ID=75482581
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111624914A (zh) * | 2019-07-22 | 2020-09-04 | 天津凯普林光电科技有限公司 | 一种控制器连接结构、光纤激光器 |
| CN114552336A (zh) * | 2021-06-10 | 2022-05-27 | 苏州创鑫激光科技有限公司 | 一种散热系统及其激光器 |
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2020
- 2020-11-06 CN CN202022547952.9U patent/CN213026878U/zh active Active
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| CN114552336A (zh) * | 2021-06-10 | 2022-05-27 | 苏州创鑫激光科技有限公司 | 一种散热系统及其激光器 |
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