CN116470376A - 一种光纤激光器及其出光控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤激光器，沿激光信号的传输方向依次设有相互连接的振荡器模块、分束器模块、放大器模块、合束器模块和耦合模块，放大器模块包括至少两个并联的放大器，各放大器的输入端均连接于分束器模块的输出端，各放大器的输出端均连接于合束器模块的输入端；且振荡器模块、分束器模块、放大器模块、合束器模块和耦合模块均独立封装。本发明通过。本发明实施例与现有技术中的线性结构的光纤激光器相比，提高了激光输出的平均功率和峰值功率，避免了热量集中，散热易于管理，提高了***的稳定性和可靠性；各模块采用独立封装的模块化结构，降低了激光器集成的复杂度，有利于批量化生产、降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种光纤激光器及其出光控制方法。
背景技术
光纤激光器是以掺杂稀土元素的光纤为增益介质的激光器，与其他激光器相比，光纤激光器具有能量转化率高、输出光束质量好、结构紧凑稳定、散热性能好、寿命长等优点，因此得到快速发展以及广泛地应用。
现有技术中，光纤激光器主要采用线性结构，多以单谐振腔振荡完成高功率激光输出，或以激光振荡信号多级放大后高功率输出，对于线性结构的光纤激光器，还存在如下不足：线性结构的光纤激光器发射激光，产生能量损耗较高，损耗的能量会直接产生热量，热量集中，导致激光器的稳定性相对较低，增大冷热管理设计难度；线性结构的光纤激光器为了获得较高功率的激光输出，光纤的纤芯尺寸和包层尺寸增大，大尺寸的光纤及相关器件的制备难度高，价格昂贵，对国际光纤供应链依赖严重，容易受宏观因素的影响，对于高平均功率、高峰值功率的光纤激光器难以获得批量制造机遇，难以适应当前批量医疗器械制造需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供一种光纤激光器，用以解决现有技术中采用线性结构的光纤激光器存在热量过于集中、平均功率难以提升、峰值功率难以提升、成本高、***稳定性差的技术问题。
本发明的第一方面提供一种光纤激光器，沿激光信号的传输方向依次设有相互连接的振荡器模块、分束器模块、放大器模块、合束器模块和耦合模块，所述放大器模块包括至少两个并联的放大器，各所述放大器的输入端均连接于所述分束器模块的输出端，各所述放大器的输出端均连接于所述合束器模块的输入端；且所述振荡器模块、所述分束器模块、所述放大器模块、所述合束器模块和所述耦合模块均独立封装。
本发明提供的光纤激光器，提高了激光输出的平均功率和峰值功率，避免了热量集中，散热易于管理，提高了***的稳定性和可靠性；各模块采用独立封装的模块化结构，降低了激光器集成的复杂度，有利于批量化生产、降低生产成本。
进一步地，沿所述激光信号的传输方向，所述振荡器模块包括依次相互连接的第一光栅、第一增益光纤、第一合束器组件和第二光栅，所述第一合束器组件包括第一合束器和第一泵浦源，所述第一合束器的输入端连接于所述第一增益光纤，所述第一合束器的输出端连接于所述第二光栅的输入端，所述第一合束器的泵浦输入端连接于所述第一泵浦源，其中，所述第一泵浦源的泵浦信号方向与所述激光信号的输出方向相反，所述第一光栅的反射率大于所述第二光栅的反射率。
进一步地，沿所述激光信号的传输方向，所述放大器包括依次相互连接的第二合束器组件、第二增益光纤和包层光剥除器，所述第二合束器组件包括第二合束器和至少两个第二泵浦源，各所述第二泵浦源均分别连接于所述第二合束器的泵浦输入端，所述第二合束器的输入端连接于所述分束器模块的输出端，所述第二合束器的输出端连接于所述第二增益光纤，所述包层光剥除器的输出端与所述合束器模块的输入端连接，其中，所述第二泵浦源的泵浦信号方向与所述激光信号的输出方向相同。
本发明实施例提供的光纤激光器中，各放大器采用相同的第二泵浦源，合束相关性好，通过合束实现了光纤激光器的高功率输出。
进一步地，所述第一增益光纤的纤芯直径介于6μm-10μm之间，所述第一增益光纤的包层直径介于80μm-130μm之间，所述第一增益光纤的长度介于4m-6m。
本发明提供的光纤激光器中振荡器模块采用小尺寸的光纤，一方面，满足一定输出功率的要求下，与现有技术采用的线性结构的光纤激光器相比，降低光纤及合束器和分束器等相关器件的制备难度，降低对光纤的国际供应链依赖程度，节约光纤及相关器件的成本；第一增益光纤的尺寸介于一定范围，保证振荡器模块对泵浦的吸收。
进一步地，所述第二增益光纤的纤芯直径介于10μm-30μm之间，所述第二增益光纤的包层直径介于80μm-130μm之间，所述第二增益光纤的长度介于4m-6m。
本发明提供的光纤激光器中放大器模块采用小尺寸的光纤，一方面，满足一定输出功率的要求下，与现有技术采用的线性结构的光纤激光器相比，降低光纤及相关器件的制备难度，降低对光纤的国际供应链依赖程度，节约光纤及相关器件的成本；另一方面，将现有技术中采用大芯径光纤产生的热效应分散于多根小芯径光纤，避免了热量集中，提高散热效率，散热易于管理，降低光纤激光器的制造难度和成本；第二增益光纤的尺寸介于一定范围，保证放大器对泵浦的吸收。
进一步地，所述放大器模块还包括用于回收所述包层光剥除器剥除的包层泵浦光和包层激光的废光回收单元，所述废光回收单元与各所述放大器并联并连接于所述合束器模块的输入端。
进一步地，所述耦合模块包括设有入射光口和出射光口的壳体，沿所述激光信号的传输方向，所述耦合模块包括位于所述壳体内的反射镜组和聚焦透镜，所述反射镜组被配置为：用于接收从所述入射光口进入的经所述合束器模块的输出端输出的激光，反射至所述聚焦透镜，并经所述出射光口输出。
本发明提供的光纤激光器中的耦合模块，设置反射镜组和聚焦透镜，改变激光信号的传输方向，并经聚焦透镜输出，提高光路的耦合效率；此外，可以减小耦合模块的尺寸，进而减小光纤激光器的尺寸。
进一步地，所述反射镜组包括第一反射镜和与所述第一反射镜间隔布置的第二反射镜，所述第一反射镜用于接收从所述入射光口进入的经所述合束器模块的输出端输出的激光，所述第二反射镜用于接收经所述第一反射镜反射的激光并反射至所述聚焦透镜；
所述耦合模块还包括位于所述壳体内的防爆屏，所述防爆屏设于所述聚焦透镜和所述出射光口之间。
本发明提供的光纤激光器中防爆屏，用于保护聚焦透镜以及对激光输出光路起防尘防污的作用。
进一步地，所述耦合模块还包括位于所述壳体内的光闸，所述光闸被配置为：用于遮挡所述激光信号传输的光路或偏离所述激光信号传输的光路。
本发明提供的光纤激光器中光闸，当激光关闭后，光闸移动至所述激光信号传输的光路中遮挡出光，避免激光意外开启，误出的激光打伤人体。
进一步地，所述振荡器模块还包括第一隔离器模块，所述第一隔离器模块设于所述第二光栅的输出端和所述分束器模块的输入端之间；和/或，
所述耦合模块还包括位于所述壳体内的第二隔离器模块，所述第二隔离器模块连接于所述合束器模块的输出端，所述合束器模块的输出端输出的激光经所述第二隔离器模块隔离输出准直光入射至所述第一反射镜。
进一步地，其中一个所述分束器输出端连接有用于监测所述振荡器模块中的激光强度或用于监测所述振荡器模块中是否有激光输出的第一激光功率监测部件；
所述包层光剥除器的输出端连接有用于监测任一所述放大器中的激光强度或用于监测任一所述放大器中是否有激光输出的第二激光功率监测部件；
和/或，所述耦合模块包括设于所述壳体内的第三激光功率监测部件，所述第三激光功率监测部件位于所述第二反射镜远离所述第一反射镜的一侧，用于监测透过所述第二反射镜的激光强度或监测是否有激光透过所述第二反射镜。
本发明的第二方面提供一种光纤激光器的出光控制方法，应用于上述所述的光纤激光器，所述光纤激光器的出光控制方法包括：
在第一时刻控制***使能信号为高电平；
在第二时刻控制所述振荡器模块的开关信号为高电平；
在第三时刻控制所述耦合模块的光闸开关信号为高电平，所述耦合模块包括光闸，所述光闸开关信号被配置为用于控制所述光闸遮挡所述激光信号传输的光路或偏离所述激光信号传输的光路；
在第四时刻控制所述放大器模块的开关信号为高电平；
其中，所述第二时刻晚于所述第一时刻，所述第三时刻晚于所述第二时刻，所述第四时刻晚于所述第三时刻。
本发明提供的光纤激光器的出光控制方法，设定控制***的使能信号、振荡器模块的开关信号、耦合模块的光闸的开关信号以及放大器模块的开关信号为高电平的先后顺序，防止放大器的第二增益光纤在无振荡器模块输出的激光输入时，造成第二增益光纤的损坏，保证光纤激光器的稳定运行。
进一步地，所述分束器模块的输出端连接有第一激光功率监测部件，在所述第一时刻和所述第三时刻之间还包括：所述第一激光功率监测部件监测到所述振荡器模块中有激光输出。
进一步地，所述光纤激光器的出光控制方法还包括：
在第五时刻控制***使能信号为低电平；
在第六时刻控制所述放大器模块的开关信号为低电平；或，在第六时刻用户输入的开关信号为低电平时，同时控制所述放大器模块的开关信号为低电平；
在第七时刻控制所述耦合模块的光闸开关信号为低电平；
在第八时刻控制所述放大器模块的开关信号为低电平；
其中，所述第五时刻晚于所述第四时刻，所述第六时刻晚于所述第五时刻，所述第七时刻晚于所述第六时刻，所述第八时刻晚于所述第七时刻。
本发明提供的光纤激光器的出光控制方法，设定控制***的使能信号、振荡器模块的开关信号、耦合模块的光闸的开关信号以及放大器模块的开关信号为低电平的先后顺序，一方面，防止放大器的第二增益光纤在无振荡器模块输出的激光输入时，造成第二增益光纤的损坏，保证光纤激光器的稳定运行；另一方面，当放大器模块的开关信号为低电平，光闸开关信号为低电平，光闸移动至所述激光信号传输的光路中遮挡出光，避免激光意外开启，误出的激光打伤人体。
进一步地，各所述放大器内分别连接有第二激光功率监测部件，在所述第六时刻和所述第八时刻之间还包括：
所述第二激光功率监测部件监测到所述放大器中无激光输出。
进一步地，所述光纤激光器的出光控制方法还包括：在第九时刻用户输入的开关信号为高电平，所述第九时刻介于所述第二时刻和所述第三时刻之间。
进一步地，所述光纤激光器的出光控制方法还包括：
在第十时刻，若用户输入的开关信号为低电平，则同时控制所述放大器模块的开关信号为低电平；
在第十一时刻，所述耦合模块的光闸开关信号为低电平；
在第十二时刻，若所述用户输入的开关信号为高电平；
在第十三时刻所述耦合模块的光闸开关信号为高电平；
在第十四时刻控制所述放大器模块的开关信号为高电平；
其中，所述第十一时刻晚于所述第十时刻，所述第十二时刻晚于所述第十一时刻，所述第十三时刻晚于所述第十二时刻，所述第十四时刻晚于所述第十三时刻，且所述第十时刻至所述第十四时刻均介于所述第三时刻和所述第八时刻之间。
本发明实施例提供的光纤激光器，在***使能信号以及振荡器模块的开关信号为高电平期间，可基于用户输入的开关信号随时控制放大器模块的开关信号为高电平或低电平，即随时控制放大器模块的激光输出或关闭。
附图说明
图1为本发明实施例提供的光纤激光器的整体分布结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光纤激光器的振荡器模块结构示意图；
图3为本发明实施例提供的光纤激光器的放大器结构示意图；
图4为本发明实施例提供的光纤激光器的耦合器模块结构示意图；
图5为本发明实施例提供的光纤激光器的出光控制的时序图；
附图标记说明：
100-振荡器模块；110-第一光栅；120-第一增益光纤；130-第一合束器组件；131-第一合束器；132-第一泵浦源；140-第二隔离器；150-第一隔离模块；
200-分束器模块；201-第一激光功率监测部件；
300-放大器模块；310-放大器；320-第二合束器组件；321-第二合束器；322-第二泵浦源；330-第二增益光纤；340-包层光剥除器；350-第二激光功率监测部件；360-废光回收单元；
400-合束器模块；
500-耦合模块；501-入射光口；502-出射光口；510-壳体；520-反射镜组；521-第一反射镜；522-第二反射镜；530-聚焦透镜；540-防爆屏；550-光闸；560-第二隔离模块；570-第三激光功率监测部件；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图1-5对本发明的具体实施例做详细的说明，图2和图3中箭头所指方向为激光信号传输方向。
本发明实施例的第一方面提供一种光纤激光器。
参见附图1，该光纤激光器，沿激光信号的传输方向依次设有相互连接的振荡器模块100、分束器模块200、放大器模块300、合束器模块400和耦合模块500，放大器模块300包括至少两个并联的放大器310，各放大器310的输入端均连接于分束器模块200的输出端，各放大器310的输出端均连接于合束器模块400的输入端；且振荡器模块100、分束器模块200、放大器模块300、合束器模块400和耦合模块500均独立封装。
需要说明的是：
对比例：采用铥光纤进行实验，实验光路采用单谐振腔振荡完成激光输出，当实现100瓦平均功率、600瓦峰值功率激光输出时，铥光纤的温度高达50℃-60℃之间，再继续提高平均功率或峰值功率，将会导致烧坏主焊点，该***除了需要风冷还需要水冷的方式进行散热。
本发明实施例：采用与对比例中相同的铥光纤进行实验，实验光路采用沿激光信号的传输方向依次设有相互连接的振荡器模块100、分束器模块200、放大器模块300、合束器模块400和耦合模块500完成激光输出，当实现150瓦平均功率、750瓦峰值功率激光输出时，每个放大级的铥光纤最高温度均不超过35℃，该***只需要风冷就可以保证散热平衡，避免了设置体积较大的水冷***，保证了***的稳定性和可靠性。
本发明具体的一种实施方式中，分束器模块200可以为1x7光功率分束器，放大器模块300包括6个放大器310，振荡器模块100输出的连续激光功率在10瓦左右，经分束器分束后输入各放大器310的激光功率均超过1瓦，各放大器310输出的脉冲激光大于33瓦，6个放大器310分别与合束器模块400的输入端连接，合束器模块400的输出端输出的平均功率可达188瓦以上。
需要说明的是，并联的放大器310可以独立工作，任一个放大器310发生故障或损坏之后单独关闭，并不影响其他放大器310的工作，使光纤激光器可继续完成手术或实验等；此外，放大器模块300至少包括两个并联的放大器310，经放大器模块300放大之后的反射光被分成至少两路，弱化了反射光对光路及相关器件的影响，保证了激光器***的稳定性和可靠性。
由此可知，本发明实施例与现有技术中的线性结构的光纤激光器相比，提高了激光输出的平均功率和峰值功率，避免了热量集中，散热易于管理，提高了***的稳定性和可靠性；各模块采用独立封装的模块化结构，降低了激光器集成的复杂度，有利于批量化生产、降低生产成本。
参见附图2，本发明实施例，沿激光信号的传输方向，振荡器模块100包括依次相互连接的第一光栅110、第一增益光纤120、第一合束器组件130和第二光栅140，第一合束器组件130包括第一合束器131和第一泵浦源141，第一合束器131的输入端连接于第一增益光纤120，第一合束器131的输出端连接于第二光栅140的输入端，第一合束器131的泵浦输入端连接于第一泵浦源141，其中，第一泵浦源141的泵浦信号方向与激光信号的输出方向相反，第一光栅110的反射率大于第二光栅140的反射率。
本发明一种具体的实施方式中，第一合束器131可以为(2+1)×1泵浦合束器，第一泵浦源141的数量为两个，两个第一泵浦源141作为反向泵浦光，分别与第一合束器131的泵浦输入端连接，第一合束器131的信号输入端与第一增益光纤120连接，第一合束器131的信号输出端与第二光栅140的输入端连接。
需要说明的是，第一光栅110为高反射光栅，第二光栅140为低反射光栅，第一光栅110和第二光栅140具有滤波作用，第一光栅110和第二光栅140构成振荡模块的振荡腔腔镜。
本发明实施例中，可选地，第一增益光纤120的纤芯直径介于6μm-10μm之间，第一增益光纤120的包层直径介于80μm-130μm之间。为了保证振荡器模块100对泵浦的吸收，第一增益光纤120的长度介于4m-6m。
需要说明的是，现有技术中，采用790nm的铥光纤激光器，采用线性结构，铥光纤的热亏损超过50％,激光器的热亏损约55％，为了获得150W平均功率的2μm的脉冲激光，激光器***产生的废热功率在525W左右。而本发明实施例的光纤激光器中振荡器模块100采用小尺寸的光纤，一方面，满足一定输出功率的要求下，与现有技术采用的线性结构的光纤激光器相比，降低光纤及合束器和分束器等相关器件的制备难度，降低对光纤的国际供应链依赖程度，节约光纤及相关器件的成本。
需要说明的是，第一增益光纤120可以为单包层掺铥光纤、双包层掺铥光纤或多包层掺铥光纤，本发明实施例中，优选地，第一增益光纤120为双包层掺铥光纤。
优选地，第一增益光纤120的纤芯直径为10μm，第一增益光纤120的包层直径为130μm，第一增益光纤120的长度为5m。
参见附图2，本发明实施例中，振荡器模块100还包括第一隔离器模块150，第一隔离器模块150设于第二光栅140的输出端和分束器模块200的输入端之间，第一隔离器模块150，基于法拉第旋转的非互易性，只允许激光单向通过无源光器件。
本发明实施例中，其中一个分束器输出端连接有用于监测振荡器模块100中的激光强度或用于监测振荡器模块100中是否有激光输出的第一激光功率监测部件201，如此设置，当监测到振荡模块无激光输出时，对光纤激光器采取断电保护措施，防止烧坏机器。
具体地，第一激光功率监测部件201可以为光电二极管。
本发明实施例中，与第一光栅110远离第一增益光纤120的一端连接的光纤端面与激光信号的传输方向的夹角介于3°-10°之间，避免反射光沿激光信号的传输方向反方向返回原光路，对光路造成不良影响，优选地，夹角为8°。
参见附图3，本发明实施例中，沿激光信号的传输方向，放大器310包括依次相互连接的第二合束器组件320、第二增益光纤330和包层光剥除器340，第二合束器组件320包括第二合束器321和至少两个第二泵浦源322，各第二泵浦源322均分别连接于第二合束器321的泵浦输入端，第二合束器321的输入端连接于分束器模块200的输出端，第二合束器321的输出端连接于第二增益光纤330，包层光剥除器340的输出端与合束器模块400的输入端连接，其中，第二泵浦源322的泵浦信号方向与激光信号的输出方向相同。
需要说明的是，包层光剥除器340用于剥除多余的包层泵浦光和包层激光。
本发明实施例提供的光纤激光器中，各放大器310采用相同的第二泵浦源322，合束相关性好，通过合束实现了光纤激光器的高功率输出。
参见附图3，本发明一种具体实施例中，放大器310包括依次相互连接的第二合束器组件320、第二增益光纤330和包层光剥除器340，第二合束器组件320包括第二合束器321和六个第二泵浦源322，六个第二泵浦源322为正向泵浦源。
本发明实施例中，第二增益光纤330的纤芯直径介于10μm-30μm之间，第二增益光纤330的包层直径介于80μm-130μm之间。为了保证放大器310对泵浦的吸收，第二增益光纤330的长度介于4m-6m。
优选地，第二增益光纤330的纤芯直径为15μm，第二增益光纤330的包层直径为130μm，第二增益光纤330的长度为5m。
本发明实施例的光纤激光器中放大器模块300采用小尺寸的光纤，一方面，满足一定输出功率的要求下，与现有技术采用的线性结构的光纤激光器相比，降低光纤及相关器件的制备难度，降低对光纤的国际供应链依赖程度，节约光纤及相关器件的成本；另一方面，将现有技术中采用大芯径光纤产生的热效应分散于多根小芯径光纤，避免了热量集中，提高散热效率，散热易于管理，降低光纤激光器的制造难度和成本。
参见附图3，本发明实施例中，包层光剥除器340的输出端连接有用于监测任一放大器310中的激光强度或用于监测任一放大器310中是否有激光输出的第二激光功率监测部件350，如此设置，当监测到任一放大器310无激光输出时，独立关闭该放大器310，其余放大器310正常工作。
具体地，第二激光功率监测部件350可以为光电二极管。
本发明实施例中，放大器模块300还包括用于回收包层光剥除器340剥除的包层泵浦光和包层激光的废光回收单元360，废光回收单元360与各放大器310并联并连接于合束器模块400的输入端。
参见附图4，本发明实施例中，耦合模块500包括设有入射光口501和出射光口502的壳体510，沿激光信号的传输方向，耦合模块500包括位于壳体510内的反射镜组520和聚焦透镜530，反射镜组520被配置为：用于接收从入射光口501进入的经合束器模块400的输出端输出的激光，反射至聚焦透镜530，并经出射光口502输出。
需要说明的是，聚焦透镜530将激光汇聚到光纤端面，提高光路的耦合效率。
因此，本发明实施例提供的光纤激光器中的耦合模块500，设置反射镜组520和聚焦透镜530，改变激光信号的传输方向，并经聚焦透镜530输出，提高光路的耦合效率；此外，可以减小耦合模块500的尺寸，进而减小光纤激光器的尺寸。
参见附图4，本发明实施例中，反射镜组520包括第一反射镜521和与第一反射镜521间隔布置的第二反射镜522，第一反射镜521用于接收从入射光口501进入的经合束器模块400的输出端输出的激光，第二反射镜522用于接收经第一反射镜521反射的激光并反射至聚焦透镜530。
参见附图4，本发明实施例中，耦合模块500包括设于壳体510内的第三激光功率监测570部件，第三激光功率监测570部件位于第二反射镜522远离第一反射镜521的一侧，用于监测透过第二反射镜522的激光强度或监测是否有激光透过第二反射镜522。
具体地，第三激光功率监测570部件可以为光电二极管。
参见附图4，本发明一种具体的实施例中，第一反射镜521和第二反射镜522可以平行设置；优选地，第一反射镜521和第二反射镜522均与激光射入方向呈45°，如此设置，使耦合模块500的空间更加紧凑。
本发明实施例中，耦合模块500还包括位于壳体510内的防爆屏540，防爆屏540设于聚焦透镜530和出射光口502之间，防爆屏540用于保护聚焦透镜530以及对激光输出光路起防尘防污的作用。
参见附图4，本发明实施例中，耦合模块500还包括位于壳体510内的光闸550，光闸550被配置为：用于遮挡激光信号传输的光路或偏离激光信号传输的光路。如此设置，当激光关闭后，光闸550移动至激光信号传输的光路中遮挡出光，避免激光意外开启，误出的激光打伤人体。
在本发明一种具体的实施例中，光闸550能够遮挡第二反射镜522和聚焦透镜530之间的光路。
具体地，光闸550包括挡光件和驱动件，驱动件与挡光件的一端可传动地连接，挡光件的另一端用于遮挡激光信号传输的光路或偏离激光信号传输的光路。
需要说明的是，驱动件的驱动方式可以是电机，可以是人为脚踏开关或手动驱动开关。
参见附图4，本发明实施例中，耦合模块500还包括位于壳体510内的第二隔离器模块560，第二隔离器模块560连接于合束器模块400的输出端，合束器模块400的输出端输出的激光经第二隔离器模块560隔离输出准直光入射至第一反射镜521。
需要说明的是，光纤激光器在使用过程中，上电时，先给振荡器模块100供电，若第一激光功率监测部件201监测到振荡器模块100中有激光时，则给放大器模块300供电；下电时，先给放大器模块300断电，若第二激光功率监测部件350监测到振荡器模块100中无激光时，再给振荡器模块100断电，如此设置，防止放大器310的第二增益光纤330在无振荡器模块100输出的激光输入时，造成第二增益光纤330的损坏。
参见附图5，本发明实施例的第二方面提供一种光纤激光器的出光控制方法，应用于上述的光纤激光器，光纤激光器的出光控制方法包括：
在第一时刻t1控制***使能信号为高电平；
在第二时刻t2控制振荡器模块100的开关信号为高电平；
在第三时刻t3控制耦合模块500的光闸550开关信号为高电平；
在第四时刻t4控制放大器模块300的开关信号为高电平；
其中，第二时刻t2晚于第一时刻t1，第三时刻t3晚于第二时刻t2，第四时刻t4晚于第三时刻t3。
因此，本发明实施例提供的光纤激光器的出光控制方法，设定控制***的使能信号、振荡器模块100的开关信号、耦合模块500的光闸550的开关信号以及放大器模块300的开关信号为高电平的先后顺序，防止放大器310的第二增益光纤330在无振荡器模块100输出的激光输入时，造成第二增益光纤330的损坏，保证光纤激光器的稳定运行。
在本发明实施例中，分束器模块200的输出端连接有第一激光功率监测部件201，在第一时刻和第三时刻之间还包括：
第一激光功率监测部件201监测到振荡器模块100中有激光输出。如此控制，防止放大器310的第二增益光纤330在无振荡器模块100输出的激光输入时，造成第二增益光纤330的损坏，保证光纤激光器的稳定运行。
参见附图5，在本发明具体的实施例中，第二时刻t2和第四时刻t4之间的时差的绝对值大于等于第一预设时间T1。第二时刻t2控制振荡器模块100上电，为第一增益光纤120提供泵浦源，第四时刻t4控制放大器模块300供电，为第二增益光纤330提供泵浦源，为防止放大级在无种子光输入时造成增益光纤损坏，使第一泵浦源141的供电时间与第二泵浦源322的供电时间之间存在最小时间差，即第一预设时间T1。作为一种实施方式，在本出光控制方法中，配置泵浦源的电源驱动的时序控制模块，该时序控制模块为泵浦源的电源驱动提供时钟信号，使发送第一泵浦源141上电信号的上电间隔时间t后，发送第二泵浦源322上电信号。
优选地，第一预设时间T1的取值为5ms，使得上电间隔时间t大于等于5ms，在该间隔时间内，振荡器模块100取得充足的时间产生种子光传送至放大器模块300，保证光纤激光器稳定运行。
参见附图5，本发明实施例中，光纤激光器的出光控制方法还包括：
在第五时刻t5控制***使能信号为低电平；
在第六时刻t6控制放大器模块300的开关信号为低电平；
在第七时刻t7控制耦合模块500的光闸550开关信号为低电平；
在第八时刻t8控制振荡器模块100的开关信号为低电平；
其中，第五时刻t5晚于第四时刻t4，第六时刻t6晚于第五时刻t5，第七时刻t7晚于第六时刻t6，第八时刻t8晚于第七时刻t7。
因此，本发明实施例提供的光纤激光器的出光控制方法，设定控制***的使能信号、振荡器模块100的开关信号、耦合模块500的光闸550的开关信号以及放大器模块300的开关信号为低电平的先后顺序，一方面，防止放大器310的第二增益光纤330在无振荡器模块100输出的激光输入时，造成第二增益光纤330的损坏，保证光纤激光器的稳定运行；另一方面，当放大器模块300的开关信号为低电平，光闸550开关信号为低电平，光闸550移动至激光信号传输的光路中遮挡出光，避免激光意外开启，误出的激光打伤人体。
在本发明的实施例中，各所述放大器(310)内分别连接有第二激光功率监测部件(350)，在所述第六时刻和所述第八时刻之间还包括：
所述第二激光功率监测部件(350)监测到所述放大器(310)中无激光输出。如此控制，防止放大器310的第二增益光纤330在无振荡器模块100输出的激光输入时，造成第二增益光纤330的损坏，保证光纤激光器的稳定运行。
参见附图5，在本发明具体的实施例中，第六时刻t5和第八时刻t8之间的时差大于等于第二预设时间T2。第六时刻t5控制放大器模块300掉电，即第二泵浦源322掉电，第八时刻t8控制振荡器模块100掉电，即第一泵浦源141掉电，为防止放大级在无种子光输入时造成增益光纤损坏，使第二泵浦源322的掉电时间与第一泵浦源141的掉电时间之间存在最小时间差，即第二预设时间T2。作为一种实施方式，在本出光控制方法中，配置泵浦源的电源驱动的时序控制模块，该时序控制模块为泵浦源的电源驱动提供时钟信号，使发送第二泵浦源322掉电信号的掉电间隔时间t0后，发送第一泵浦源141掉电信号。
优选地，第二预设时间T2的取值为5ms，使得掉电间隔时间t0大于等于5ms，在该间隔时间内，第二泵浦源322产生的泵浦量能够被消耗殆尽，避免放大级在无种子光输入时造成增益光纤损坏。
参见附图5，本发明实施例中，光纤激光器的出光控制方法还包括：在第六时刻t6用户输入的开关信号为低电平时，同时控制放大器模块300的开关信号为低电平。
需要说明的是，用户输入的开关信号是手动开关信号或脚踏开关信号，按下手动开关或踩下脚踏开关时，用户输入的开关信号为高电平，反之，松开手动开关或松开脚踏开关时，用户输入的开关信号为低电平。
参见附图5，本发明实施例中，光纤激光器的出光控制方法还包括：在第九时刻用户输入的开关信号为高电平，第九时刻介于第二时刻和第三时刻之间。
具体地，在第一时刻t1控制***使能信号为高电平；
在第二时刻t2控制振荡器模块100的开关信号为高电平；
在第九时刻t9用户输入的开关信号为高电平；
在第三时刻t3控制耦合模块500的光闸550开关信号为高电平；
在第四时刻t4控制放大器模块300的开关信号为高电平。
需要说明的是，由于光闸550在遮挡激光信号传输的光路挡光位和偏离激光信号传输的光路的透光位之间切换需要反应时间，因此，光闸550开关信号的动作时间晚于用户输入的开关信号。
参见附图5，本发明实施例中，光纤激光器的出光控制方法还包括：
在第十时刻t10，若用户输入的开关信号为低电平，则同时控制放大器模块300的开关信号为低电平；
在第十一时刻t11，耦合模块500的光闸550开关信号为低电平；
在第十二时刻t12，用户输入的开关信号为高电平；
在第十三时刻t13耦合模块500的光闸550开关信号为高电平；
在第十四时刻t14控制放大器模块300的开关信号为高电平；
其中，第十一时刻t11晚于第十时刻t10，第十二时刻t12晚于第十一时刻t11，第十三时刻t13晚于第十二时刻t12，第十四时刻t14晚于第十三时刻t13，且第十时刻t10至第十四时刻t14均介于第三时刻t3和第八时刻t8之间。
本发明实施例提供的光纤激光器，在***使能信号以及振荡器模块100的开关信号为高电平期间，可基于用户输入的开关信号随时控制放大器模块300的开关信号为高电平或低电平，即随时控制放大器模块300的激光输出或关闭。
本发明实施例中，在第一时刻控制***使能信号为高电平的步骤之前，还包括：***状态就绪。
本发明实施例中，在***状态未就绪或***使能信号为低电平时，控制光闸550开关信号为低电平。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (15)
1.一种光纤激光器，其特征在于，沿激光信号的传输方向依次设有相互连接的振荡器模块(100)、分束器模块(200)、放大器模块(300)、合束器模块(400)和耦合模块(500)，所述放大器模块(300)包括至少两个并联的放大器(310)，各所述放大器(310)的输入端均连接于所述分束器模块(200)的输出端，各所述放大器(310)的输出端均连接于所述合束器模块(400)的输入端；且所述振荡器模块(100)、所述分束器模块(200)、所述放大器模块(300)、所述合束器模块(400)和所述耦合模块(500)均独立封装。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，沿所述激光信号的传输方向，所述振荡器模块(100)包括依次相互连接的第一光栅(110)、第一增益光纤(120)、第一合束器组件(130)和第二光栅(140)，所述第一合束器组件(130)包括第一合束器(131)和第一泵浦源(141)，所述第一合束器(131)的输入端连接于所述第一增益光纤(120)，所述第一合束器(131)的输出端连接于所述第二光栅(140)的输入端，所述第一合束器(131)的泵浦输入端连接于所述第一泵浦源(141)，其中，所述第一泵浦源(141)的泵浦信号方向与所述激光信号的输出方向相反，所述第一光栅(110)的反射率大于所述第二光栅(140)的反射率。
3.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，沿所述激光信号的传输方向，所述放大器(310)包括依次相互连接的第二合束器组件(320)、第二增益光纤(330)和包层光剥除器(340)，所述第二合束器组件(320)包括第二合束器(321)和至少两个第二泵浦源(322)，各所述第二泵浦源(322)均分别连接于所述第二合束器(321)的泵浦输入端，所述第二合束器(321)的输入端连接于所述分束器模块(200)的输出端，所述第二合束器(321)的输出端连接于所述第二增益光纤(330)，所述包层光剥除器(340)的输出端与所述合束器模块(400)的输入端连接，其中，所述第二泵浦源(322)的泵浦信号方向与所述激光信号的输出方向相同。
4.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述第一增益光纤(120)的纤芯直径介于6μm-10μm之间，所述第一增益光纤(120)的包层直径介于80μm-130μm之间，所述第一增益光纤(120)的长度介于4m-6m；
和/或，所述第二增益光纤(330)的纤芯直径介于10μm-30μm之间，所述第二增益光纤(330)的包层直径介于80μm-130μm之间，所述第二增益光纤(330)的长度介于4m-6m。
5.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述放大器模块(300)还包括用于回收所述包层光剥除器(340)剥除的包层泵浦光和包层激光的废光回收单元(360)，所述废光回收单元(360)与各所述放大器(310)并联并连接于所述合束器模块(400)的输入端。
6.根据权利要求3所述的光纤激光器，其特征在于，所述耦合模块(500)包括设有入射光口(501)和出射光口(502)的壳体(510)，沿所述激光信号的传输方向，所述耦合模块(500)包括位于所述壳体(510)内的反射镜组(520)和聚焦透镜(530)，所述反射镜组(520)被配置为：用于接收从所述入射光口(501)进入的经所述合束器模块(400)的输出端输出的激光，反射至所述聚焦透镜(530)，并经所述出射光口(502)输出。
7.根据权利要求6所述的光纤激光器，其特征在于，所述反射镜组(520)包括第一反射镜(521)和与所述第一反射镜(521)间隔布置的第二反射镜(522)，所述第一反射镜(521)用于接收从所述入射光口(501)进入的经所述合束器模块(400)的输出端输出的激光，所述第二反射镜(522)用于接收经所述第一反射镜(521)反射的激光并反射至所述聚焦透镜(530)；
所述耦合模块(500)还包括位于所述壳体(510)内的防爆屏(540)，所述防爆屏(540)设于所述聚焦透镜(530)和所述出射光口(502)之间；
和/或，所述耦合模块(500)还包括位于所述壳体(510)内的光闸(550)，所述光闸(550)被配置为用于遮挡所述激光信号传输的光路或偏离所述激光信号传输的光路。
8.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，所述振荡器模块(100)还包括第一隔离器模块(150)，所述第一隔离器模块(150)设于所述第二光栅(140)的输出端和所述分束器模块(200)的输入端之间；和/或，
所述耦合模块(500)还包括位于所述壳体(510)内的第二隔离器模块(560)，所述第二隔离器模块(560)连接于所述合束器模块(400)的输出端，所述合束器模块(400)的输出端输出的激光经所述第二隔离器模块(560)隔离输出准直光入射至所述第一反射镜(521)。
9.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，其中一个所述分束器模块(200)的输出端连接有用于监测所述振荡器模块(100)中的激光强度或用于监测所述振荡器模块(100)中是否有激光输出的第一激光功率监测部件(201)；
所述包层光剥除器(340)的输出端连接有用于监测任一所述放大器(310)中的激光强度或用于监测任一所述放大器(310)中是否有激光输出的第二激光功率监测部件(350)；
和/或，所述耦合模块(500)包括设于所述壳体(510)内的第三激光功率监测(570)部件，所述第三激光功率监测(570)部件位于所述第二反射镜(522)远离所述第一反射镜(521)的一侧，用于监测透过所述第二反射镜(522)的激光强度或监测是否有激光透过所述第二反射镜(522)。
10.一种光纤激光器的出光控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-9中任一项所述的光纤激光器，所述光纤激光器的出光控制方法包括：
在第一时刻控制***使能信号为高电平；
在第二时刻控制所述振荡器模块(100)的开关信号为高电平；
在第三时刻控制所述耦合模块(500)的光闸开关信号为高电平，所述耦合模块(500)包括光闸(550)，所述光闸开关信号被配置为用于控制所述光闸(550)遮挡所述激光信号传输的光路或偏离所述激光信号传输的光路；
在第四时刻控制所述放大器模块(300)的开关信号为高电平；
其中，所述第二时刻晚于所述第一时刻，所述第三时刻晚于所述第二时刻，所述第四时刻晚于所述第三时刻。
11.根据权利要求10所述的光纤激光器的出光控制方法，其特征在于，所述分束器模块(200)的输出端连接有第一激光功率监测部件(201)，在所述第一时刻和所述第三时刻之间还包括：
所述第一激光功率监测部件(201)监测到所述振荡器模块(100)中有激光输出。
12.根据权利要求10所述的光纤激光器的出光控制方法，其特征在于，还包括：
在第五时刻控制***使能信号为低电平；
在第六时刻控制所述放大器模块(300)的开关信号为低电平；或，在第六时刻用户输入的开关信号为低电平时，同时控制所述放大器模块(300)的开关信号为低电平；
在第七时刻控制所述耦合模块(500)的光闸(550)开关信号为低电平；
在第八时刻控制所述振荡器模块(100)的开关信号为低电平；其中，所述第五时刻晚于所述第四时刻，所述第六时刻晚于所述第五时刻，所述第七时刻晚于所述第六时刻，所述第八时刻晚于所述第七时刻。
13.根据权利要求12所述的光纤激光器的出光控制方法，其特征在于，各所述放大器(310)内分别连接有第二激光功率监测部件(350)，在所述第六时刻和所述第八时刻之间还包括：
所述第二激光功率监测部件(350)监测到所述放大器(310)中无激光输出。
14.根据权利要求12所述的光纤激光器的出光控制方法，其特征在于，还包括：在第九时刻用户输入的开关信号为高电平，所述第九时刻介于所述第二时刻和所述第三时刻之间。
15.根据权利要求12所述的光纤激光器的出光控制方法，其特征在于，还包括：
在第十时刻，若用户输入的开关信号为低电平，则同时控制所述放大器模块(300)的开关信号为低电平；
在第十一时刻，所述耦合模块(500)的光闸(550)开关信号为低电平；
在第十二时刻，所述用户输入的开关信号为高电平；
在第十三时刻所述耦合模块(500)的光闸(550)开关信号为高电平；
在第十四时刻控制所述放大器模块(300)的开关信号为高电平；
其中，所述第十一时刻晚于所述第十时刻，所述第十二时刻晚于所述第十一时刻，所述第十三时刻晚于所述第十二时刻，所述第十四时刻晚于所述第十三时刻，且所述第十时刻至所述第十四时刻均介于所述第三时刻和所述第八时刻之间。
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