本發(fā)明是高功率光纖激光器關(guān)鍵點保護(hù)裝置，屬于光纖激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及高功率全光纖激光器領(lǐng)域。

技術(shù)背景

高功率全光纖激光器具有光束質(zhì)量好，轉(zhuǎn)換效率高，集成度高等優(yōu)勢在工業(yè)，軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代工業(yè)加工和軍事戰(zhàn)術(shù)武器需要光纖激光器的輸出功率達(dá)到千瓦級以上乃至萬瓦量級。

然而在千瓦級或更高功率的光纖激光器的生產(chǎn)需要突破很多的核心技術(shù)，如高功率核心器件的制備，關(guān)鍵發(fā)熱點的保護(hù)，返回光的保護(hù)，光電聯(lián)動控制等，這些技術(shù)大多數(shù)為國外少數(shù)公司掌握，如IPG，羅芬，SPI等。國產(chǎn)高功率光纖激光器功率指標(biāo)要達(dá)到國際先進(jìn)水平必須掌握這一系列的關(guān)鍵技術(shù)。

高功率光纖激光器所采用的光纖具有比表面積大，散熱性能好的優(yōu)勢，但是一些關(guān)鍵點，如增益光纖與全光纖器件的熔點位置，由于其發(fā)熱量大，其發(fā)熱面積小，所以這些關(guān)鍵點的熱負(fù)載高，嚴(yán)重時會導(dǎo)致光纖燒毀。一旦熔點位置燒毀，其中傳輸?shù)母吖β始す鈺刂饫w快速的燒毀光纖，幾秒鐘的時間就可能將整個全光纖系統(tǒng)燒毀，嚴(yán)重時也會給半導(dǎo)體激光器帶來不可逆損傷。一般雙包層光纖的氟化物涂覆層可承受的溫度只有80℃，超過這個溫度氟化物涂覆層會逐漸融化乃至燒毀。而熔點的涂覆層是熔接完成后再涂覆的，遠(yuǎn)不如未處理的雙包層光纖的涂覆層的一致性好，所以對于一些關(guān)鍵位置熔點的保護(hù)尤為重要。在高功率光纖激光器設(shè)計時應(yīng)減少熔點個數(shù)，提高集成度，但是增益光纖與全光纖器件，全光纖器件之間存在熔點不可避免。如諧振腔中光纖光柵與增益光纖之間的熔點，光柵與泵浦合束器之間的熔點，放大器中泵浦合束器和增益光纖之間的熔點。由于高功率全光纖激光器在全封閉的光纖波導(dǎo)中傳輸激光，如光纖有任何一個點損壞，整個光纖激光器都無法工作乃至燒毀，風(fēng)險高，損壞成本巨大。所以對其中的關(guān)鍵點的保護(hù)尤為重要。目前商業(yè)化的高功率光纖激光器中關(guān)鍵熔點經(jīng)過穩(wěn)定性測試以后直接裝機，對其中關(guān)鍵點在光纖激光器使用過程中的監(jiān)控很少。高功率光纖激光器在工業(yè)環(huán)境中使用時，會遇到震 動，潮濕，濕度大等一系列不利因素，這些因素有可能會破壞其工作時的各個部分的熱平衡。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決技術(shù)背景中存在的問題以及目前高功率全光纖器件存在的技術(shù)缺陷，提供一種高功率全光纖激光器中關(guān)鍵熔點保護(hù)裝置，使得高功率光纖激光器在使用過程中各關(guān)鍵熔點位置的運行狀態(tài)可監(jiān)控，關(guān)鍵熔點位置溫度超出安全值達(dá)到警戒值時可及時自動關(guān)斷激光電源保護(hù)光路。

高功率光纖激光器關(guān)鍵點保護(hù)裝置，包括一根光纖1，其上含一個熔點位置2，其特征在于，將導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4包裹在以熔點位置2為中心的光纖1的周圍，并均勻分布，并將包裹導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的光纖1一起安裝在散熱底板3上，在光纖1的一側(cè)的導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4上方中間位置安裝有壓力傳感器5，在光纖1的另一側(cè)的導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4上方一端、中間和另一端分別安裝第一微型溫度傳感器6、第二微型溫度傳感器7和第三微型溫度傳感器8，壓力傳感器5、第一微型溫度傳感器6、第二微型溫度傳感器7和第三微型溫度傳感器8分別與報警器9連接，報警器9又與激光電源控制器10連接。

在散熱底板(3)下表面安裝有冷卻水通道。

從技術(shù)方案看，本發(fā)明的有益效果是：

1、高功率光纖激光器關(guān)鍵點的保護(hù)裝置實現(xiàn)全自動保護(hù)關(guān)鍵熔點，可以根據(jù)光纖輸出功率不同而制定不同的報警溫度值，一般不高于80℃。出現(xiàn)設(shè)定的警戒溫度值時報警器9會及時發(fā)送關(guān)斷電源指令到激光電源控制器10，能夠及時關(guān)斷激光電源，保護(hù)關(guān)鍵熔點避免熱負(fù)載損傷。

2、該保護(hù)裝置不但能夠提供及時的保護(hù)，而且還帶有潛在風(fēng)險預(yù)警作用，導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4出現(xiàn)融化，壓力傳感器5會出現(xiàn)不為零數(shù)值，報警器9中會給出預(yù)警提示，以及時對其中出現(xiàn)的隱患給與排除。

3、該保護(hù)裝置集監(jiān)測和保護(hù)功能于一體，通過保護(hù)裝置實現(xiàn)光電聯(lián)動控制，在激光出現(xiàn)問題時及時斷電保護(hù)，安全可靠。

4、該保護(hù)裝置可以并聯(lián)使用，可以對高功率全光纖激光器的所有關(guān)鍵點加以保護(hù)，將所有的關(guān)鍵熔點的溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)采集到報警器9中，進(jìn)行序號排列，根據(jù)顯示的數(shù)值可以知道對于哪個位置熔點，實現(xiàn)全系統(tǒng)監(jiān)控。

附圖說明

圖1.本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

高功率光纖激光器關(guān)鍵點保護(hù)裝置，包括一根光纖1，其上含一個熔點位置2，其特征在于，將導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4包裹在以熔點位置2為中心的光纖1的周圍，并均勻分布，并將包裹導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的光纖1一起安裝在散熱底板3上，在光纖1的一側(cè)的導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4上方中間位置安裝有壓力傳感器5，在光纖1的另一側(cè)的導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4上方一端、中間和另一端分別安裝第一微型溫度傳感器6、第二微型溫度傳感器7和第三微型溫度傳感器8，壓力傳感器5、第一微型溫度傳感器6、第二微型溫度傳感器7和第三微型溫度傳感器8分別與報警器9連接，報警器9又與激光電源控制器10連接。

在散熱底板3下表面安裝有冷卻水通道。

本發(fā)明公開一種高功率光纖激光器關(guān)鍵點保護(hù)裝置，結(jié)構(gòu)如圖去所示，其包括：

一光纖1，其上含有一個熔點位置2，在高功率光纖激光器中一般為雙包層增益光纖和無源匹配光纖之間的熔點；一散熱底板3，其上放置光纖1，其下為水冷通道，通有冷卻水，冷卻水溫度不高于23℃，在放置光纖1的上表面刻有一方形凹槽，散熱底板3是關(guān)鍵熔點的散熱與監(jiān)測的平臺，集散熱與監(jiān)測功能于一體；

一導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4，其放置在散熱底板3上方形凹槽內(nèi)并均勻分布在光纖1周圍，作用是將熔點位置2和光纖1在高功率激光通過時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱底板3上；

一壓力傳感器5，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的一側(cè)中間位置，與導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4不接觸，在高功率光纖激光器正常工作時，導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4不融化，壓力傳感器5沒有觸碰壓力，讀數(shù)為零，一旦導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4融化時，就會觸碰到壓力傳感器5，其就會有大于零的讀數(shù)，反應(yīng)到報警器9中，并在報警器9中給出預(yù)警提示。

一微型溫度傳感器6，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的另一側(cè)邊緣，為實時測試導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4在高功率光纖激光器工作時的溫度，一般高功率光纖激光器正常工作的時候，其溫度區(qū)間為15-35℃之間，超過35℃時數(shù)據(jù)傳遞到報警器9中會給出 預(yù)警提示，超過50℃時報警器9中會發(fā)送關(guān)斷指令到激光電源控制器10中，及時關(guān)斷激光電源。

另一微型溫度傳感器7，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的另一側(cè)中間，與熔點位置2距離較近，測得的溫度如與微型溫度傳感器6、8的差值較大，則說明熔點位置2發(fā)熱量大。高功率光纖激光器正常運行時，微型溫度傳感器7溫度區(qū)間一般為15-35℃之間，超過35℃時數(shù)據(jù)傳遞到報警器9中會給出預(yù)警提示，超過50℃時報警器9中會發(fā)送關(guān)斷指令到激光電源控制器10中，及時關(guān)斷激光電源。

另一微型溫度傳感器8，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的另一側(cè)另一邊緣，其作用與微型溫度傳感器6一致，并與微型溫度傳感器6的溫度數(shù)據(jù)比對。

一報警器9，其與壓力傳感器5和微型溫度傳感器6、7、8相連接，作用是接收壓力傳感器5和微型溫度傳感器6、7、8的數(shù)據(jù)，并在達(dá)到設(shè)定的警戒值時給出相應(yīng)的預(yù)警提示和發(fā)送關(guān)斷電源的指令到激光電源控制器10。

一激光電源控制器10，其與報警器9相連接，作用是正常工作時控制所有高功率全光纖激光器的泵浦半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源，包括驅(qū)動電源開關(guān)和電源電流的步進(jìn)增加。以及在接收到報警器9的電源關(guān)斷指令時，會及時關(guān)斷所有半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電源，關(guān)斷驅(qū)動電源順序是從主放大級到預(yù)放大級到諧振腔依次關(guān)斷，所有電源關(guān)斷時間小于5ms。

該保護(hù)裝置通過微型溫度傳感器6、7、8、和壓力傳感器5傳回到報警器9中的數(shù)據(jù)判斷該熔點位置2的發(fā)熱狀態(tài)。通過溫度傳感器6、7、8和壓力傳感器5分別實現(xiàn)及時關(guān)斷電源保護(hù)和預(yù)警功能。在應(yīng)急關(guān)斷法保護(hù)方面，如果微型溫度傳感器7的溫度值在高功率光纖激光器運行期間出現(xiàn)高于設(shè)定的警戒值，則報警器會給激光電源控制器10發(fā)送關(guān)斷電源的指令，及時切斷電源保護(hù)光纖激光器。同時，輔助監(jiān)測的微型溫度傳感器6、8的數(shù)據(jù)也有預(yù)警值和警戒值，以放置微型溫度傳感器7出現(xiàn)故障或者熔接后的涂覆層界面處發(fā)熱導(dǎo)致溫度升高。

在長時間運行導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4融化預(yù)警方面，如果壓力傳感器的數(shù)值是0，說明導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4沒有融化，如果壓力傳感器的數(shù)值大于0，說明導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4發(fā)生融化，應(yīng)及時檢查該熔點。

該保護(hù)裝置具有體積小、靈敏度高、全自動控制等優(yōu)點。保護(hù)分為預(yù)警和警戒兩種狀態(tài)保護(hù)。預(yù)警提示時需要人為檢修維護(hù)，達(dá)到警戒狀態(tài)時候會自動有序的關(guān)閉激光電源。該保護(hù)裝置可以并聯(lián)使用，可以對高功率全光纖激光器的 所有關(guān)鍵點加以保護(hù)，將所有的關(guān)鍵熔點的溫度數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)采集到報警器9中，進(jìn)行序號排列，根據(jù)顯示的數(shù)值可以知道對于哪個位置熔點，實現(xiàn)全系統(tǒng)監(jiān)控。

該保護(hù)裝置簡單易行，可以實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)并裝配到高功率全光纖激光器產(chǎn)品中，提高高功率全光纖激光器的安全性。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如：將本發(fā)明簡單應(yīng)用到全光纖激光器中的涂覆層缺陷處的保護(hù)，光柵位置的保護(hù)，泵浦合束器位置的保護(hù)，以及包層光濾除位置溫度保護(hù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：高功率全光纖激光器關(guān)鍵點保護(hù)裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括一散熱底板3，是整個保護(hù)裝置的溫度產(chǎn)生和監(jiān)控平臺，其為一塊熱導(dǎo)率高的金屬塊，可以為銅或鋁，其下通有冷卻水，上面留有一方形的凹槽，以放置導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4，并在凹槽的邊緣留有四個小的沉孔，分別用于放置壓力傳感器5和微型溫度傳感器6，7，8，放置位置如圖1所示；一光纖1，其上有熔點位置2，熔點位置2為熱源產(chǎn)生的地方，為所要的保護(hù)的對象，熔點位置的涂覆層是在熔接后涂覆的；一導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4，其均勻放置在散熱底板3上方的凹槽中，并沒過光纖1，其主要作用是將熔點位置2和光纖1上產(chǎn)生的熱傳遞給散熱底板3，并通過散熱底板3的水冷通道消耗掉熱量，同時將熔點位置2漏出的激光導(dǎo)出；一壓力傳感器5，在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠的一側(cè)，其為判斷導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4是否融化，一旦導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4融化，就會觸碰到壓力傳感器5的探頭，其在報警器9中就會有相應(yīng)的不為零讀數(shù)，并提供預(yù)警；三個微型溫度傳感器6、7、8用于監(jiān)測導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4另一側(cè)邊緣三個不同位置的溫度，同時微型溫度傳感器6和8處于溫度傳感器7的兩邊對稱位置，微型溫度傳感器6、8測得兩個數(shù)值應(yīng)為相近值，如果出現(xiàn)大于5℃的數(shù)據(jù)差，則說明導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4出現(xiàn)變質(zhì)或者散熱底板3的水冷通道出現(xiàn)堵塞，則需停止激光工作，排除問題隱患；一報警器9，用于采集微型溫度傳感器6、7、8所測得的實時溫度數(shù)值和壓力傳感器5所采集的 實時數(shù)據(jù)情況，同時可以根據(jù)高功率全光纖激光器的輸出功率而設(shè)定相應(yīng)的警戒溫度值，一旦溫度傳感器6、7、8中有任何一個數(shù)據(jù)值達(dá)到警戒值，會及時向激光電源控制器10發(fā)送關(guān)斷指令，時間間隔小于1ms，如果壓力傳感器5所采集到的數(shù)據(jù)大于0，說明導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4出現(xiàn)融化也會給出預(yù)警提示；一激光電源控制器10，其對整個高功率全光纖激光器的半導(dǎo)體泵浦源的驅(qū)動電源統(tǒng)一控制，包括激光信號種子源的諧振腔的半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電源和各放大級的半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電源，可以對所有的驅(qū)動電源進(jìn)行瞬間關(guān)斷，在出現(xiàn)緊急情況時保護(hù)光路，在光纖激光器運行時電源的啟動順序也是由激光電源控制器控制，避免在沒有開啟種子信號源的時候開啟放大級的電源，損傷增益光纖。

在光纖1中通有高功率激光時，熔點位置2會因為激光功率、熔接工藝、涂覆工藝水平不同而產(chǎn)生相應(yīng)的熱量，其熱量通過散熱底板3和導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4耗散掉，一般2kW的光纖激光器正常工作情況下熔點位置2處的溫度不高于50℃，通過散熱底板3和導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4能將熔點位置2處產(chǎn)生的熱量消耗并維持熱平衡。但是工業(yè)應(yīng)用中很難排除高功率光纖激光器在使用過程中出現(xiàn)震動、環(huán)境溫度高、潮濕、灰塵等不利因素的影響，使得熔點位置2處的熱平衡被打破，出現(xiàn)短時間熱量激增的情況。這個時候的監(jiān)控和保護(hù)就很有必要，如果溫度傳感器7監(jiān)測的溫度數(shù)據(jù)超過警戒值，報警器9能立即發(fā)送關(guān)斷指令到激光電源控制器10關(guān)斷所有的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源，保護(hù)光路不受損。在多個關(guān)鍵點保護(hù)裝置時，報警器9上會有對應(yīng)的序號，此時可以根據(jù)報警器9上的序號得知哪個熔點位置2出現(xiàn)問題。

本發(fā)明公開一種高功率光纖激光器關(guān)鍵點保護(hù)裝置，通過光纖激光器使用過程中，關(guān)鍵熔點位置的溫度傳感器和壓力傳感器傳回的數(shù)據(jù)，來判斷熔點的運行狀態(tài)，一旦熔點溫度達(dá)到警戒數(shù)值，可以通過報警器發(fā)出指令到激光電源控制器來切斷激光電源，保護(hù)光纖激光器避免損傷乃至燒毀。

高功率光纖激光器關(guān)鍵點保護(hù)裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：

一光纖1，其上含有一個熔點位置2；

一散熱底板3，其上放置光纖1；

一導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4，其在散熱底板3上并均勻分布在光纖1周圍；

一壓力傳感器5，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的一側(cè)中間；

一微型溫度傳感器6，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的另一側(cè)邊緣；

另一微型溫度傳感器7，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的另一側(cè)中間；

另一微型溫度傳感器8，其在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4的另一側(cè)另一邊緣；

一報警器9，其與壓力傳感器5，微型溫度傳感器6，7，8相連接；

一激光電源控制器10，其與報警器9相連接。

該保護(hù)裝置特征在于通過微型溫度傳感器6，7，8，和壓力傳感器5傳回到報警器9中的數(shù)據(jù)判斷該熔點的發(fā)熱狀態(tài)，如果壓力傳感器的數(shù)值是0，說明導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4沒有融化，如果壓力傳感器的數(shù)值大于0，說明導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4發(fā)生融化，應(yīng)及時檢查該熔點。如果微型溫度傳感器6、7、8中任一測得的溫度高于設(shè)定的預(yù)警值，則報警器9會給出預(yù)警提示；如果微型溫度傳感器6、7、8中任一測得的溫度高于設(shè)定的警戒值，則報警器9會給激光電源控制器10發(fā)送關(guān)斷電源的指令，及時切斷電源保護(hù)光纖激光器，在微型溫度傳感器6、7、8中所有的溫度數(shù)據(jù)都低于設(shè)定的預(yù)警值，壓力傳感器5中沒有壓力讀數(shù)，則報警器9不會出現(xiàn)任何預(yù)警提示，激光電源控制器10會正常運行保障高功率全光纖激光器正常工作。

所述的導(dǎo)熱底板3下通有冷卻水通道，冷卻水溫度不高于23℃。

所述的導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4涂在光纖上，并在導(dǎo)熱底板3上固定的槽內(nèi)均勻涂覆一層。該導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4能將熔點位置泄露的激光導(dǎo)出，同時導(dǎo)熱，降低激光在熔點位置2處熱積累。

所述壓力傳感器5為微型壓力傳感器，只要有壓力就能測得，在導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4沒有融化時，壓力傳感器5探頭不接觸任何東西，此時的讀數(shù)為0，只要有導(dǎo)熱導(dǎo)光膠4融化觸碰到壓力傳感器5探頭其就會有讀數(shù)，并在報警器9中顯示有壓力預(yù)警狀態(tài)。

所述微型溫度傳感器6，7，8的精度為0.05℃，響應(yīng)時間ms量級，測溫區(qū)間5-500℃。并將測得的數(shù)據(jù)傳回到報警器9中并顯示出來。

所述報警器9讀取壓力傳感器5和微型溫度傳感器6、7、8傳回的數(shù)據(jù)，并可根據(jù)高功率全光纖激光器的輸出功率設(shè)定相應(yīng)的報警值和給激光電源控制器10發(fā)送急停指令的數(shù)據(jù)值。

所述激光電源控制器10為高功率全光纖激光器各個單元半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源的控制器，包括諧振腔和各放大級的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電源?？梢詫崿F(xiàn)所有電源的開關(guān)升降電流步進(jìn)控制也包括緊急情況按順序急停斷電，所有電源關(guān) 斷時間小于5ms。

為解決這一技術(shù)難題，本發(fā)明公開一種關(guān)鍵點保護(hù)裝置，在高功率光纖激光器使用過程中一直監(jiān)控關(guān)鍵熔點的運行狀態(tài)。對容易發(fā)熱的熔點位置提供及時急停保護(hù)和長時間運作中的隱患預(yù)警。實現(xiàn)高功率光纖激光器關(guān)鍵點的雙重保護(hù)，以確保高功率光纖激光器能夠長時間穩(wěn)定運行。