CN114122871A - 一种激光器*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器领域，具体涉及一种激光器***，电控装置包括工业机柜、多个能源模块和电控组件，能源模块和电控组件设置在工业机柜内，激光头与能源模块连接，电控组件与能源模块和激光头连接，冷却装置与激光器连接。激光头用于发射产生激光束，然后通过工业机柜内置的电源模块对激光头进行供电，并通过电控组件对电源模块的供电进行监视，确保处于正常的使用状态，然后对激光头的温度进行检测，并通过冷却装置3控制激光头的温度在工作范围内，使得激光头可以长时间稳定地工作，从而解决了现有激光器***在长时间工作时性能不稳定的问题。

Description

一种激光器***

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种激光器***。

背景技术

根据脉冲激光器研制要求，激光器设计具备1064nm纳秒脉冲激光产生能力，同时具备足够的放大增益，但是目前的脉冲激光器的的集成度不高，在工作时容易因为散热环境影响导致性能工作不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光器***，旨在解决现有激光器***在长时间工作时性能不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光器***，包括激光头、电控装置和冷却装置，所述电控装置包括工业机柜、多个能源模块和电控组件，所述能源模块和所述电控组件设置在所述工业机柜内，所述激光头与所述能源模块连接，所述电控组件与所述能源模块和所述激光头连接，所述冷却装置与所述激光器连接。

其中，所述激光头包括种子光源、磁光隔离器、灯泵浦双程放大器、单程放大链路、扩束镜组和准直光路，所述磁光隔离器设置在所述种子光源的一侧，所述灯泵浦双程放大器设置在所述磁光隔离器的一侧，所述单程放大链路设置在所述磁光隔离器的一侧，所述准直光路设置在所述单程放大链路的一侧。

其中，所述能源模块包括充电单元、放电单元、控制驱动单元和单片机控制器，所述放电单元与所述充电单元连接，所述控制驱动单元与所述充电单元连接，所述单片机控制器与所述控制驱动单元连接。

其中，所述冷却装置包括板式换热器、温控模块和循环模块，所述板式换热器设置在所述激光头的一侧，所述循环模块与所述板式换热器连接，所述温控模块与所述板式换热器和所述循环模块连接。

其中，所述工业机柜包括第一柜体和第二柜体，所述第一柜体包括第一外壳、移动器和多个隔板，所述第一外壳具有第一线槽和第一线孔，所述第一线孔分布在所述第一线槽上，所述移动器与所述第一外壳转动连接，并位于所述外壳底部，多个所述隔板设置在所述第一外壳内，所述能源模块设置在所述隔板上，所述第二柜体包括第二外壳、支撑杆和安装板，所述第二外壳具有第二线槽和第二线孔，所述第二线孔分布在所述第二线槽上，所述支撑杆与所述第二外壳固定连接，并位于所述第二线槽的一侧，所述安装板与所述第二线槽滑动连接，并位于所述第二线槽的一侧。

其中，所述隔板具有气道，所述第一柜体还包括气泵、冷却器和过滤器，所述气泵与所述气道连通，所述冷却器与所述气泵连通，所述过滤器与所述冷却器连通。

本发明的一种激光器***，所述激光头用于发射产生激光束，然后通过工业机柜内置的电源模块对激光头进行供电，并通过所述电控组件对所述电源模块的供电进行监视，确保处于正常的使用状态，然后对所述激光头的温度进行检测，并通过所述冷却装置3控制所述激光头的温度在工作范围内，使得所述激光头可以长时间稳定地工作，从而解决了现有激光器***在长时间工作时性能不稳定的问题。

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是本发明的一种激光器***的结构图；

图2是本发明的电控装置的结构图；

图3是本发明的冷却装置的结构图；

图4是本发明的能源模块的结构图；

图5是本发明的激光头的结构图；

图6是本发明的工业机构的结构图；

图7是本发明的工业机构的左侧结构图；

图8是本发明的工业机构的底部结构图；

图9是本发明的工业机构沿中线的剖面示意图；

图10是图9细节A的局部放大图。

1-激光头、2-电控装置、3-冷却装置、11-种子光源、12-磁光隔离器、13-灯泵浦双程放大器、14-单程放大链路、15-扩束镜组、16-准直光路、21-工业机柜、22-能源模块、23-电控组件、31-板式换热器、32-温控模块、33-循环模块、211-第一柜体、212-第二柜体、221-充电单元、222-放电单元、223-控制驱动单元、224-单片机控制器、2111-第一外壳、2116-移动器、2112-隔板、2113-气泵、2114-冷却器、2115-过滤器、2121-第二外壳、2122-支撑杆、2123-安装板、2124-锁杆、2125-锁紧弹簧、21111-第一线槽、21112-第一线孔、21113-移动轮、21114-稳定杆、21115-摩擦垫、21116-卡紧块、21117-第一线槽本体、21118-压紧板、21119-调节螺杆、21120-卡合杆、21121-卡合弹簧、21211-第二线槽、21212-第二线孔、21121-气道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，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。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1～图10，本发明提供一种激光器***：

包括激光头1、电控装置2和冷却装置3，所述电控装置2包括工业机柜21、多个能源模块22和电控组件23，所述能源模块22和所述电控组件23设置在所述工业机柜21内，所述激光头1与所述能源模块22连接，所述电控组件23与所述能源模块22和所述激光头1连接，所述冷却装置3与所述激光器连接。

在本实施方式中，所述激光头1用于发射产生激光束，然后通过工业机柜21内置的电源模块对激光头1进行供电，并通过所述电控组件23对所述电源模块的供电进行监视，确保处于正常的使用状态，然后对所述激光头1的温度进行检测，并通过所述冷却装置3控制所述激光头1的温度在工作范围内，使得所述激光头1可以长时间稳定地工作，从而解决了现有激光器***在长时间工作时性能不稳定的问题。

进一步的，所述激光头1包括种子光源11、磁光隔离器12、灯泵浦双程放大器13、单程放大链路14、扩束镜组15和准直光路16，所述磁光隔离器12设置在所述种子光源11的一侧，所述灯泵浦双程放大器13设置在所述磁光隔离器12的一侧，所述单程放大链路14设置在所述磁光隔离器12的一侧，所述准直光路16设置在所述单程放大链路14的一侧。

在本实施方式中，种子光源11为一基于半导体侧方泵浦增益介质的激光谐振腔，腔内具备电光调Q单元，可以获得纳秒调制输出，种子光经过磁光隔离器12后，进入晶体口径为Φ10mm的灯泵浦双程放大器13，双程放大借由磁光隔离器12弹出后进入单程放大链路14，依次通过Φ10mm、Φ12mm、Φ15mm的放大器进行能量提取，放大级间设置扩束镜组15匹配口径，完成尾级放大后，最后通过准直光路16完成与可见指示光同轴合束输出。

根据技术指标要求，激光器设计采用“种子源+侧泵放大器”的MOPA技术路线，利用种子源产生脉冲激光，并控制光束质量以及脉冲宽度等主要参数，为后续放大提供注入优势；利用基于侧泵放大器的放大链路，实现能量的有效放大，达到***技术要求，放大***具有足够的负载能力和级间隔离能力，通过合理分配放大级间的通量密度分布，使***所有光学元器件具备足够冗余的抗损伤能力，确保***正常运行的可靠性和安全性。

种子源作为***高光束质量的产生单元，在增益模块的泵浦均匀性、谐振腔的选模能力以及整形器件的模式优化三个对于光束质量决定性单元，均做到了可控，有效的设计。

种子源采用半导体激光二极管阵列作为泵浦源的侧泵模块泵浦Nd:YAG晶体，利用具有选模能力的谐振腔约束侧泵模块辐射的激光形成振荡，在输出端选择性使用具备空间调制能力的变反射率耦合输出镜(VRM)完成进一步模式优化，产生具有高近场调制度的平顶分布激光光束。谐振腔内具备增加电光Q调制单元的能力，可以实现纳秒/微秒脉冲宽度的选择输出，种子源的光路排布如图4所示。

进一步的，所述能源模块22包括充电单元221、放电单元222、控制驱动单元223和单片机控制器224，所述放电单元222与所述充电单元221连接，所述控制驱动单元223与所述充电单元221连接，所述单片机控制器224与所述控制驱动单元223连接。

在本实施方式中，充电单元221：充电单元221采用半桥开关电源电路，采用LC并联谐振软开关式恒流电源，以利于提高充电机的效率和抗干扰能力，利用大容量电解电容作为放电储能电容。

放电单元222：放电单元222采用MOSTET线性调节控制技术，实现LD恒流脉冲放电，最大输出为50A。

控制驱动单元223：充电单元221控制部分主要以SG2525为专用PWM控制芯片；放电单元222采用OP27高精度运放作为恒流控制PID调节的主要芯片，具有输出过流保护、输出脉宽保护、水压保护、开路保护等各种保护功能。

单片机控制器224：单片机控制器224以C8051F020和CPLD芯片为核心，一方面与远程控制中心计算机通信，接收各种电源控制信号如放电电流值、脉宽等参数，另一方面具有巡检功能，采集电源各种状态、参数、故障信息，并通知远程控制中心。

灯泵脉冲驱动电源主要为放大模块提供泵浦能量，主要由充电、储能、开关、专用高压电缆、控制等部分组成。

进一步的，所述冷却装置3包括板式换热器31、温控模块32和循环模块33，所述板式换热器31设置在所述激光头1的一侧，所述循环模块33与所述板式换热器31连接，所述温控模块32与所述板式换热器31和所述循环模块33连接。

在本实施方式中，所述板体换热器与所述激光头1接触以进行换热，所述循环模块33内部内循环蒸馏水冷却，配备离子及杂质双重过滤器2115，管路特殊处理保证长时间运转不受腐蚀。所述温控模块32用于检测供水压力、流量和水位、温度等进行控制，并具有压力显示、流量开关及水位显示。

进一步的，所述工业机柜21包括第一柜体211和第二柜体212，所述第一柜体211包括第一外壳2111、移动器2116和多个隔板2112，所述第一外壳2111具有第一线槽21111和第一线孔21112，所述第一线孔21112分布在所述第一线槽21111上，所述移动器2116与所述第一外壳2111转动连接，并位于所述外壳底部，多个所述隔板2112设置在所述第一外壳2111内，所述能源模块22设置在所述隔板2112上，所述第二柜体212包括第二外壳2121、支撑杆2122和安装板2123，所述第二外壳2121具有第二线槽21211和第二线孔21212，所述第二线孔21212分布在所述第二线槽21211上，所述支撑杆2122与所述第二外壳2121固定连接，并位于所述第二线槽21211的一侧，所述安装板2123与所述第二线槽21211滑动连接，并位于所述第二线槽21211的一侧。

在本实施方式中，在所述工业机柜21中需要分别放置所述能源模块22和所述电控模块，同时能源模块22和所述电控模块相互之间需要连接通信，在实际使用过程中会采用多个能源进行供能，这样布线就相当复杂而不便于维护。因此在所述第一外壳2111和所述第二外壳2121中分别设置所述能源模块22和所述电控模块，所述电控模块设置在所述安装板2123上，在所述支撑杆2122的的支撑下可以调节位置方便使用，所述第一外壳2111内的隔板2112上设置多个所述能源模块22进行供能，通过在所述第一线槽21111和所述第二线槽21211放置连接线，并转动所述第一柜体211靠近所述第二柜体212以对连接线进行保护，检修维护时则打开所述第一柜体211和所述第二柜体212，使得检修维护更加方便，同时还可以对连接线进行保护。

进一步的，所述隔板2112具有气道21121，所述第一柜体211还包括气泵2113、冷却器2114和过滤器2115，所述气泵2113与所述气道21121连通，所述冷却器2114与所述气泵2113连通，所述过滤器2115与所述冷却器2114连通。

在本实施方式中，启动所述气泵2113可以通过所述过滤器2115对外部的空气进行过滤，然后吸入到所述冷却器2114中冷却后，进过所述气泵2113进入到多个隔板2112的所述气道21121中对各个能源模块22进行散热，使得工作状态更好。

进一步的，所述移动器2116包括移动轮21113、稳定杆21114和摩擦垫21115，所述移动轮21113与所述第一外壳2111转动连接，所述稳定杆21114与所述第一外壳2111螺纹连接，并穿过所述第一外壳2111，所述摩擦垫21115与所述稳定杆21114固定连接。

在本实施方式中，所述移动轮21113可以方便对所述第一外壳2111进行转动，在转动到指定位置后，可以转动所述稳定杆21114带动所述摩擦垫21115靠近地面以通过摩擦力使得所述第一外壳2111停放稳定。

进一步的，所述移动器2116还包括卡紧块21116，所述卡紧块21116与所述摩擦垫21115固定连接，并靠近所述移动轮21113。

在本实施方式中，在所述稳定杆21114下移过程中，所述卡紧块21116可以接触所述移动轮21113，同时对所述移动轮21113进行卡紧以进一步提高稳定性。

进一步的，所述第二柜体212还包括锁杆2124和锁紧弹簧2125，所述支撑杆2122具有多个安装孔，所述锁杆2124与所述安装板2123滑动连接，并位于所述安装板2123靠近所述安装孔的一侧，所述锁紧弹簧2125设置在所述锁杆2124和所述安装板2123之间。

在本实施方式中，在所述安装板2123上下滑动时可以通过所述锁杆2124***所述安装孔中，并通过所述锁紧弹簧2125保持压紧以稳定所述安装板2123的位置，在需要移动时，可以拔出所述锁杆2124以上下移动所述安装板2123。

进一步的，所述第一线槽21111包括第一线槽本体21117、压紧板21118和调节螺杆21119，所述压紧板21118与所述第一线槽本体21117滑动连接，并位于所述第一线槽本体21117和所述第二线槽21211之间，所述调节螺杆21119与所述第一线槽本体21117转动连接，并与所述压紧板21118螺纹连接。

在本实施方式中，在连接线连接完成后，在所述第一线槽21111和所述第二线槽21211中处于不稳定的状态，容易连接不良，因此可以转动所述调节螺杆21119带动所述压紧板21118向所述的第二线槽21211本体移动以夹紧连接线以保持稳定，使得连接更加可靠。

进一步的，所述第一线槽21111还包括卡合杆21120和卡合弹簧21121，所述第二线槽21211具有卡槽，所述卡合杆21120与所述第一线槽本体21117滑动连接，并靠近所述卡槽，所述卡合弹簧21121设置在所述卡合杆21120与所述第一线槽本体21117之间。

在本实施方式中，在压紧板21118移动时，所述卡和杆跟随移动以靠近所述卡槽，通过所述卡合弹簧21121支持所述卡合杆21120进入到所述卡槽中，从而可以同时完成对所述第一柜体211和所述第二柜体212的固定，使得连接线固定更加稳定，在需要转动时推开所述卡合杆21120即可。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种激光器***，其特征在于，

包括激光头、电控装置和冷却装置，所述电控装置包括工业机柜、多个能源模块和电控组件，所述能源模块和所述电控组件设置在所述工业机柜内，所述激光头与所述能源模块连接，所述电控组件与所述能源模块和所述激光头连接，所述冷却装置与所述激光器连接。

2.如权利要求1所述的一种激光器***，其特征在于，

所述激光头包括种子光源、磁光隔离器、灯泵浦双程放大器、单程放大链路、扩束镜组和准直光路，所述磁光隔离器设置在所述种子光源的一侧，所述灯泵浦双程放大器设置在所述磁光隔离器的一侧，所述单程放大链路设置在所述磁光隔离器的一侧，所述准直光路设置在所述单程放大链路的一侧。

3.如权利要求1所述的一种激光器***，其特征在于，

所述能源模块包括充电单元、放电单元、控制驱动单元和单片机控制器，所述放电单元与所述充电单元连接，所述控制驱动单元与所述充电单元连接，所述单片机控制器与所述控制驱动单元连接。

4.如权利要求1所述的一种激光器***，其特征在于，

所述冷却装置包括板式换热器、温控模块和循环模块，所述板式换热器设置在所述激光头的一侧，所述循环模块与所述板式换热器连接，所述温控模块与所述板式换热器和所述循环模块连接。

5.如权利要求1所述的一种激光器***，其特征在于，

所述工业机柜包括第一柜体和第二柜体，所述第一柜体包括第一外壳、移动器和多个隔板，所述第一外壳具有第一线槽和第一线孔，所述第一线孔分布在所述第一线槽上，所述移动器与所述第一外壳转动连接，并位于所述外壳底部，多个所述隔板设置在所述第一外壳内，所述能源模块设置在所述隔板上，所述第二柜体包括第二外壳、支撑杆和安装板，所述第二外壳具有第二线槽和第二线孔，所述第二线孔分布在所述第二线槽上，所述支撑杆与所述第二外壳固定连接，并位于所述第二线槽的一侧，所述安装板与所述第二线槽滑动连接，并位于所述第二线槽的一侧。

6.如权利要求5所述的一种激光器***，其特征在于，

所述隔板具有气道，所述第一柜体还包括气泵、冷却器和过滤器，所述气泵与所述气道连通，所述冷却器与所述气泵连通，所述过滤器与所述冷却器连通。

Images