便携式手持80W连续光纤激光器系统技术方案

本发明专利技术涉及便携式手持80W连续光纤激光器系统，由泵浦源、光纤合束器、谐振腔、包层光剥离器、功率监控器、温度监控器、激光准直器、监控反馈系统、金属壳体构成；泵浦源是输出波长为915nm的半导体激光器，光电转化效率达到65％。使用特定波长、窄线宽的光纤光栅与低数值孔径的增益光纤一起构成全光纤激光谐振腔，提高光路的可靠性，滤除有害的增益，提高系统的稳定性，从而获得单纵模窄线宽的激光输出。激光通过包层光剥离器和激光准直器输出，优化激光光束质量和有效光斑直径，减小光束发散角，提高光束传输距离。激光器金属壳体采用导热效果好、密度小、硬度高的新型材料，并通过有效的结构优化，实现激光器的便携式、手持输出。

Portable hand held 80W continuous fiber laser system

The invention relates to a portable 80W continuous fiber laser system by hand, pump source, fiber combiner, resonant cavity, cladding optical dissector, power monitor, temperature monitor, laser collimator, monitoring and feedback system, the metal shell; the pump source is the output wavelength of 915nm semiconductor laser, the photoelectric conversion efficiency reached 65%. Gain fiber fiber grating with low numerical aperture using a specific wavelength and narrow linewidth together constitute all fiber laser resonator, improve the reliability of optical path, FiltersThe harmful gain, improve the stability of the system, so as to obtain the laser output single mode and narrow linewidth. The laser is output through a cladding stripper and a laser collimator to optimize the laser beam quality and the effective spot diameter, to reduce the beam divergence and to improve the beam propagation distance. The metal shell of the laser adopts a new type of material with good heat conduction effect, small density and high hardness, and realizes the portable and hand-held output of the laser through the effective structural optimization.

【技术实现步骤摘要】
便携式手持80W连续光纤激光器系统
本专利技术涉光纤激光器领域，具体是一种便携式手持80W连续光纤激光器系统。
技术介绍
在一些特殊行业和特殊区域，需要使用光纤激光器进行特殊使用，例如：高危险且不方便操作区域内可燃物的远程烧蚀，反恐领域远程目标激光打击，生物肌体的远程激光烧蚀等。这些领域所需求的激光器要求具有体积小、重量轻、便于携带的特点，而且要求激光器工作环境简洁，易操作、免维护，特别对激光的光束质量要求严格，现阶段光纤激光器是不二选择。
技术实现思路
本专利技术的目的为了克服现有技术存在的上述问题，提供体积小、重量轻，具有稳定性好、光束质量好的便携式手持80W连续光纤激光器系统,本专利技术输出80W连续激光，激光器靠壳体传导散热、自然冷却，激光器输出光束有效光斑直径3-4mm、发散角小于0.5mrad；在输出20s激光、暂停2分钟情况下，激光器能够连续出光。本专利技术的技术方案：便携式手持80W连续光纤激光器系统，由泵浦源、光纤合束器、谐振腔、包层光剥离器、功率监控器、温度监控器、激光准直器、监控反馈系统和金属壳体构成；其特征在于：泵浦源、光纤合束器、谐振腔、包层光剥离器、功率监控器、温度监控器、激光准直器、监控反馈系统均安装在金属壳体内，且监控反馈系统分别与泵浦源、光纤合束器、功率监控器和温度监控器相连，泵浦源内部封装出光功率监控和温度监控，信号通过泵浦源管脚与监控反馈系统建立通讯，进行泵浦源状态判断；泵浦源输出激光注入激光谐振腔中，再通过包层光剥离器和功率监控器、从激光准直器输出，功率监控器将采集到的信号发送给监控反馈系统；温度监控器将从谐振腔采集到的信号发送给监控反馈系统；最后由监控反馈系统将激光器状态信息反馈到用户终端，用户终端控制控制泵浦源。泵浦源输出915nm激光注入激光谐振腔中，增益光纤经过受激辐射放大过程输出1080nm激光；再通过包层光剥离器和功率监控器、从激光准直器输出，功率监控器将采集到的信号发送给监控反馈系统；同时激光器的金属壳体因为吸收热量而升温，温度监控器将采集到的信号发送给监控反馈系统；最后由监控反馈系统将激光器状态信息反馈到用户终端。本专利技术的监控泵浦源工作状态：出光功率信号、工作温度信号，泵浦源输出连续915nm激光；泵浦激光经光纤合束器注入到谐振腔，依次通过高反光栅、掺Yb光纤、输出光栅；输出光栅输出的纤芯激光经包层光剥离器输出，最后经由激光准直器射出，少部分包层激光被剥离到达功率监控器；功率监控器将采集到的信号发送给监控反馈系统，同时温度监控器会将金属壳体的温度信号发送给监控反馈系统。监控反馈系统将采集到的泵浦源出光功率信号、温度信号和输出激光功率信号、壳体温度信号与设定值对比，根据对比结果决定继续或者停止泵浦源工作。所述的泵浦源工作在连续状态，是快速响应的增益开关型半导体激光器，输出中心波长在915±2nm，光电转化效率达到65％，发热量更小；泵浦源根据实际应用需求，工作20s输出连续激光，暂停30s。所述光纤合束器，将2根200/220芯径的光纤合束成20/400芯径的光纤输出，优化了光束耦合效率降低器件发热量。采用正向传输设计，抑制反射光，加强泵浦源的保护。所述的谐振腔采用前端泵浦方式，由高反光栅、掺Yb光纤、输出光栅组成，前端注入泵浦光，提高谐振腔的均匀性和稳定性；掺Yb光纤采用低数值孔径设计类型，以激光器对输出光束质量的需要；用户终端驱动半导体泵浦源使谐振腔部分产生1080nm±10nm连续80W激光。在功率监控器中通过包层光剥离器分出少部分信号光用于激光功率监控器。同时包层光剥离器还有改善光束质量，消除反馈光的作用；在包层光剥离器中利用人为制造的包层光纤破损将包层光纤中传输的多模激光导出激光束，达到改善光束质量的目的。本专利技术的工作原理：恒流电源驱动泵浦源产生915nm连续激光，泵浦光经光纤合束器后注入到谐振腔，抽运掺Yb光纤，增益产生1080nm的激光，最后经过包层光剥离器优化光束质量后经激光准直器输出。该种便携式手持连续光纤激光器最高输出功率80W，工作要求为运行20s、暂停2分钟。该种便携式手持连续光纤激光器系统设置了泵浦光监控器和输出功率监控器，监控反馈系统将之与设定值进行对比，根据对比结果做出相应的判断并通知驱动电源进行调整。本专利技术的优点：所述便携式手持连续光纤激光器系统是全光纤系统，有效提高了系统的可靠性和稳定性，使用环境适应性强，所述便携式手持连续光纤激光器系统采用优化光纤合束器提高了泵浦光利用率，降低发热量。采用低数值孔径设计的增益光纤和包层光剥离器有效提高了激光器的光束质量；所述便携式手持连续光纤激光器系统新型材料和新式结构，有效降低了激光器体积和重量，实现可手持式工作，便于使用携带。附图说明图1为本专利技术的光学结构示意图。图2为本专利技术的系统结构示意图。图3为本专利技术的安装结构示意图。具体实施方式下面结合附图进一步描述。参见图1、图2、图3，本专利技术由泵浦源1、光纤合束器2、谐振腔3、包层光剥离器4、功率监控器5、温度监控器6、激光准直器7、监控反馈系统8和金属壳体9构成；其特征在于：泵浦源1、光纤合束器2、谐振腔3、包层光剥离器4、功率监控器5、温度监控器6、激光准直器7、监控反馈系统8均安装在金属壳体9内，且监控反馈系统8分别与泵浦源1、光纤合束器2、功率监控器5和温度监控器6相连，泵浦源1内部封装出光功率监控和温度监控，信号通过泵浦源1管脚与监控反馈系统8建立通讯，进行泵浦源1状态判断；泵浦源1输出激光注入激光谐振腔3中，再通过包层光剥离器4和功率监控器5、从激光准直器7输出，功率监控器5将采集到的信号发送给监控反馈系统8；温度监控器6将从谐振腔3采集到的信号发送给监控反馈系统8；最后由监控反馈系统8将激光器状态信息反馈到用户终端，用户终端控制控制泵浦源1。所述的泵浦源1为快速响应的增益开关型半导体激光器，泵浦源根据实际应用需求，工作20s输出连续激光，暂停30s。所述的谐振腔3由高反光栅301、掺Yb光纤302、输出光栅303组成掺Yb光纤采用低数值孔径设计类型，以激光器对输出光束质量的需要，用户终端驱动半导体泵浦源使谐振腔部分产生1080nm±10nm连续80W激光。在功率监控器5中通过包层光剥离器4分出少部分信号光用于激光功率监控器。在包层光剥离器4中利用人为制造的包层光纤破损将包层光纤中传输的多模激光导出激光束，达到改善光束质量的目的。本专利技术的泵浦源1输出915nm激光注入激光谐振腔3中，增益光纤掺Yb光纤302经过受激辐射放大过程输出1080nm激光；再通过包层光剥离器4和功率监控器5、从激光准直器7输出，功率监控器5将采集到的信号发送给监控反馈系统8；同时激光器的金属壳体9因为吸收热量而升温，温度监控器6将采集到的信号发送给监控反馈系统8；最后由监控反馈系统8将激光器状态信息反馈到用户终端。本专利技术：监控反馈系统与泵浦源相连，监控泵浦工作状态：出光功率信号、工作温度信号，泵浦源输出连续915nm激光；泵浦激光经光纤合束器注入到谐振腔，依次通过高反光栅、掺Yb光纤、输出光栅；输出光栅输出的纤芯激光经包层光剥离器输出，最后经由激光准直器射出，少部分包层激光被剥离到达功率监控器；功率监控器将采集到的信号发送给监控反馈系统，同时温度监控器本文档来自技高网...

【技术保护点】
便携式手持80W连续光纤激光器系统，由泵浦源(1)、光纤合束器(2)、谐振腔(3)、包层光剥离器(4)、功率监控器(5)、温度监控器(6)、激光准直器(7)、监控反馈系统(8)和金属壳体(9)构成；其特征在于：泵浦源(1)、光纤合束器(2)、谐振腔(3)、包层光剥离器(4)、功率监控器(5)、温度监控器(6)、激光准直器(7)、监控反馈系统(8)均安装在金属壳体(9)内，且监控反馈系统(8)分别与泵浦源(1)、光纤合束器(2)、功率监控器(5)和温度监控器(6)相连，泵浦源(1)内部封装出光功率监控和温度监控，信号通过泵浦源(1)管脚与监控反馈系统(8)建立通讯，进行泵浦源(1)状态判断；泵浦源(1)输出激光注入激光谐振腔(3)中，再通过包层光剥离器(4)和功率监控器(5)、从激光准直器(7)输出，功率监控器(5)将采集到的信号发送给监控反馈系统(8)；温度监控器(6)将从谐振腔(3)采集到的信号发送给监控反馈系统(8)；最后由监控反馈系统(8)将激光器状态信息反馈到用户终端，用户终端控制控制泵浦源(1)。

【技术特征摘要】
1.便携式手持80W连续光纤激光器系统，由泵浦源(1)、光纤合束器(2)、谐振腔(3)、包层光剥离器(4)、功率监控器(5)、温度监控器(6)、激光准直器(7)、监控反馈系统(8)和金属壳体(9)构成；其特征在于：泵浦源(1)、光纤合束器(2)、谐振腔(3)、包层光剥离器(4)、功率监控器(5)、温度监控器(6)、激光准直器(7)、监控反馈系统(8)均安装在金属壳体(9)内，且监控反馈系统(8)分别与泵浦源(1)、光纤合束器(2)、功率监控器(5)和温度监控器(6)相连，泵浦源(1)内部封装出光功率监控和温度监控，信号通过泵浦源(1)管脚与监控反馈系统(8)建立通讯，进行泵浦源(1)状态判断；泵浦源(1)输出激光注入激光谐振腔(3)中，再通过包层光剥离器(4)和功率监控器(5)、从激光准直器(7)输出，功率监控器(5)将采集到的信号发送给监控反馈系统(8)；温度监控器(6)将从谐振腔(3)采集到的信号发送给监控反馈系统(8)；最后由监控反馈系统(8)将激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，虞俊伟，胡浩伟，周郭，
申请(专利权)人：武汉锐科光纤激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42