一种水下高功率光纤激光器的制作方法

本发明涉及激光作业装置，具体为一种水下高功率光纤激光器。

背景技术：

1、得益于激光可通过光纤远距离传输，具有较好的狭窄空间适应性，且相比于火焰、电弧等传统热源，激光束能量密度高、热输入小，不仅作用位置精确，还可集成多种加工工艺于一体，易于与机器人等自动化设备配合实现远程操作的优点，水下激光作业逐渐成为水下焊接、清洗、切割作业的主要技术手段，尤其是在进行核电的水下维修领域，激光作业技术得到广泛运用。

2、但是激光作业需要用到激光发生系统，而激光发生系统具有非常严格的温度控制要求，为了保障激光器工作的稳定，需要系统温度尽可能稳定在25℃左右，现有技术在无法克服对激光发生系统的水下恒温技术障碍的基础上，采取的技术方案一般为：将激光发生系统放置在水面上，并配置恒温冷却系统，将包括有激光头的激光作业机构通过有源光纤与激光发生系统光连通，再将激光头下放至水下作业位置处。例如专利号为cn202122476372.x，cn202210923039.5，cn201710197878.2的三个专利，均是将激光作业机构放置于水下，激光发生系统位于水面以上的布局方式。

3、现有技术虽然可以实现水下激光作业，但是受限于有源光纤长度，作业深度有限，且在复杂水下环境中有源光纤容易被杂物干扰而出现：激光作业装置不能运动至目标工作为，或有源光纤被异物割伤、隔断等导致激光作业无法进行的事故出现。这严重限制了水下激光作业的适用范围。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种水下高功率光纤激光器，包括激光发生装置和激光工作装置。所述激光发生装置包括：激光发生室，所述激光发生室顶部安装有冷却室，底部通过安装固定件可拆卸固定有恒温室。所述恒温室内部装填有固-液相变恒温材料，所述恒温室底部通过安装固定件可拆卸固定有水流控制室。

2、所述激光发生室底板上盘状固定安装有有源光纤。所述有源光纤两侧自近而远镜像设置且依次安装有两组包层光剥除器、两组光纤光栅、两组光纤合束器、数个排列设置的半导体激光器。所述半导体激光器发出的激光经过光纤合束器、光纤光栅、包层光剥除器后射入有源光纤，并由有源光纤传导至激光工作装置的激光头处。

3、所述水流控制室包括：中空的水流通道。所述水流控制室底部至少在水流通道前后两端开设有水流通孔，在所述水流通孔处安装有螺旋助推器。螺旋助推器使得外部的水穿过螺旋助推器进入水流通道后自另一螺旋助推器处流出。

4、所述半导体激光器通过散热导管固定在激光发生室底板上。所述散热导管包括固定在半导体激光器外部的固定段和沿激光发生室底板安装的安装段。所述固定段面对半导体激光器的一端设有靠近或接触半导体激光器散热板或热源的内传热板。所述安装段底部设有数个穿过激光发生室底板并延伸至恒温室固-液相变恒温材料内的加强传热板。

5、所述冷却室底部设有电源、恒压器和控制系统。所述电源通过恒压器为全部用电机构供电。所述控制系统根据预设程序或受人工遥控的控制半导体激光器、螺旋助推器启动/关闭。所述冷却室内设有冷却管。所述冷却室顶部设有散热齿。

6、所述激光工作装置的光接收端与有源光纤光连通。所述激光工作装置内设有进行工作的激光头和冷却激光头机构的水冷却管，且水冷却管上设有循环泵。所述水冷却管与冷却管连通，所述循环泵受控制系统控制启动/关闭。

7、进一步的，所述水流控制室底部设有防腐蚀层。

8、进一步的，所述散热导管的固定段和安装段均设有连通的空腔，所述空腔内部填充有导热油。所述固定段顶部设与空腔连通的加油管，所述加油管顶部设有密封圈，封锁螺钉与加油管螺接并封闭空腔。

9、进一步的，所述水流控制室顶部设有防腐蚀隔板，底部设有三组且每组至少并排设有两个螺旋助推器。所述三组螺旋助推器分别位于靠近水流控制室前端、中间端、后端位置处。三组螺旋助推器使得外部的水通过前、后两端的螺旋助推器处进入水流通道后，自中间端的螺旋助推器处流出。或三组螺旋助推器使得外部的水通过中间端的螺旋助推器处进入水流通道后，自前、后两端的螺旋助推器处流出。

10、进一步的，所述螺旋助推器包括：固定在水流控制室通孔孔壁上的第一步进电机，位于所述第一步进电机对侧的第二步进电机。所述第一步进电机和第二步进电机通过第一转轴连接导流板，使得导流板可相对水流控制室通孔沿水平x轴转动。所述导流板上沿水平y轴方向设有第三步进电机和第四步进电机，所述第三步进电机和第四步进电机通过第二转轴连接螺旋桨装置，使得螺旋桨装置可相对导流板沿水平y轴转动。所述螺旋桨装置上固定设有电动机，所述电动机驱动螺旋桨转动。

11、所述冷却室底部设有电子陀螺仪，所述控制系统与第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、电子陀螺仪分别信号连接。

12、所述控制系统包括：激光发生装置自稳定控制模块。所述激光发生装置自稳定控制模块首先接收电子陀螺仪发出的信号，相应生成激光发生装置相对水平面的偏转角度数据。然后当偏转角度超过第一预设阈值时，根据偏转角度数据形成对相应位置螺旋助推器的推力变化控制信息。最后根据推力变化控制信息形成对相应螺旋助推器中导流板或螺旋桨装置的偏转控制信息和/或螺旋桨的转速控制信息。第一步进电机和第二步进电机根据导流板偏转控制信息控制导流板进行偏转，第三步进电机和第四步进电机根据螺旋桨装置偏转控制信息控制螺旋桨装置进行偏转，电动机根据转速控制信息控制螺旋桨的转向和转速。

13、进一步的，所述螺旋桨装置为夹层结构，内部夹层处设有螺旋桨，在螺旋桨两侧通过数条相互间隔的连接板分别固定电动机和轴承的外圈。所述电动机的输出轴与螺旋桨固定，并与轴承的内圈固定。

14、进一步的，所述激光发生装置外部设有至少两组受控制系统控制的机械臂，其中一组机械臂末端固定激光工作装置，一组机械臂末端通过球头连接器连接有安装盘。所述安装盘上设有至少三组电控伸缩装置，所述电控伸缩装置末端通过万向接头连接有吸盘。

15、进一步的，所述激光工作装置在激光头的发射口外部延伸有隔水罩。所述隔水罩底端排列设置有数个压力传感器，所述压力传感器与控制系统信号连接。

16、所述控制系统包括压力控制模块。所述压力控制模块接收压力传感器发出的压力信息，当某一压力信息超过第二预设阈值时，根据该压力信息形成对相应位置处螺旋助推器的推力变化控制信息。最后根据推力变化控制信息形成对相应螺旋助推器中导流板或螺旋桨装置的偏转控制信息和/或螺旋桨的转速控制信息。第一步进电机和第二步进电机根据导流板偏转控制信息控制导流板进行偏转，第三步进电机和第四步进电机根据螺旋桨装置偏转控制信息控制螺旋桨装置进行偏转，电动机根据转速控制信息控制螺旋桨的转向和转速。

17、进一步的，所述吸盘包括：柔质弹性体隔水材料制备得到的内隔膜，硬质弹性体隔水材料制备得到的外隔膜。所述外隔膜和内隔膜之间形成空腔，所述内隔膜上设有与空腔连通的数个排水孔。所述外隔膜顶部设有与空腔连通的抽水管。所述抽水管与双向水泵连通。

18、进一步的，所述激光发生室外部固定有储罐。所述储罐内部储存有干冰或液氮，且所述储罐外部套设有隔热套，所述隔热套与储罐罐壁之间设有真空隔温腔。所述储罐的出口处通过第一电控阀连接管道。所述管道穿过恒温室内部装填的固-液相变恒温材料后在恒温室外部与第二电控阀连通。所述管道在恒温室内部的部分沿径向连通有数根外接管。所述第一电控阀、第二电控阀与控制系统信号连接。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

20、1.本发明克服了现有技术不能将激光发生装置和激光作业装置一并下水的技术难题，使得激光发生装置在水下也能实现良好的恒温控制，工作状态稳定。

21、2.本发明通过水流控制室可以实现装置整体在水下的自适应运动，既可以配合工作人员进行水下运动，也可以起到帮助恒温室冷却固-液相变恒温材料的作用。