含高效温控装置的光纤激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤激光器技术领域，涉及光纤激光器温控方案及本温控方案而引发的激光器系统集成和控制技术，主要采用压缩机式制冷温控方案及光纤激光器系统集成控制技术来提升光纤激光器的工作效率、便携性及多环境应用等。
【背景技术】
[0002]激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就，按工作物质主要分为气体激光器，固体激光器，液体激光器，半导体激光器和光纤激光器。随着技术的进一步提升，光纤激光器及半导体激光器已在现代加工技术中占了非常重要的作用。未来可广泛用于工业、通讯、医疗，军事等多个领域。
[0003]尽管光纤激光器的应用已经开始普及，特别是光纤激光器双包层光纤技术的出现，它使得高功率的光纤激光器和高功率的光放大器的制作成为现实，主要部件为栗浦源，光栅，增益光纤，准直隔离器，电路控制等。尽管相对于其他类型的激光器，光纤激光器的优点非常明显，但栗浦源的高发热量及其他部件的局部发热，必须采用相应的温控方案将这些热量排出，才能让光纤激光器正常工作。
[0004]目前的光纤激光器温控方案主要为风冷散热及水冷散热。风冷散热主要应用于100W以下的小功率光纤激光器，主要通过风扇将激光器产生的热量与环境温度进行热交换，这个方案会受制于环境温度的影响，目前应用于空调恒温空间或常温室外，如在高温环境，则无法解决温控难题，效率会大幅降低，甚至停止工作。风冷方案是通过环境温度达到散热的目的，属于被动型降温技术，目前尚无法应用于100W以上的中大功率光纤激光器。水冷散热主要应用于100W以上的中大功率激光器，主要通过冷水机给循环液体降温，采用水栗将冷却液体注入到冷水板上，冷水板内置于光纤激光器里，发热模块分别放置在光纤激光器内部的冷水板上，这样冷水板就可以给光纤激光器的发热模块进行降温。水冷散热方案必须有一台冷水机给冷水板降温，随着光纤激光器功率的提升，冷水机的体积重量就必须加大，才能满足散热的需求。因为大型冷水机的存在，导致大功率激光器就必须固定放置，无法移动。同时冷水板的单位面积的热传导效率无法满足栗浦源高密热量传导的需求，从而导致实际栗浦的温度偏高，而无法保证栗浦源电光转换的波长移定性。在高温状况下，激光器的效率偏低或停止工作。如果单方面降低循环液体的温度，会带来冷凝水的问题。由于水和冷水板的换热效率极低和栗浦源的高密度热量，增加循环液体流速也不能解决高温难题。所以说光纤激光器目前受散热方案的影响，无法发挥最佳性能，同时使用范围也大幅受限。
[0005]从应用的角度来讲，光纤激光器的发展方向是大功率，高效率，小型化，多种环境应用，可移动性等。受制于目前的散热方案和系统集成技术，光纤激光器的这种发展趋势尚无法得到全面满足。大功率激光器，首先面对的大功率栗浦源的高密度热量问题，风冷及冷水板均无法有效解决这个问题，风冷方案的热传导效率极低，根本无法应用于大功率激光器。水冷方案由于冷水板的热交换系数无法满足栗浦源的高密度热量，所以会导致栗浦源的工作温度远大于最佳设定值，极大的影响了大功率激光器的工作效率和稳定性。其次高效率激光器，由于栗浦源的高密度热量无法解决，栗浦源要求温度恒定，目前最佳设定为25或30度，如高于或低于这个温度，电光转换的波长无法会受到很大的影响。而波长的不移定性又会影响增益光纤光光转换的效率，尤其明显的是窄脉宽的激光器。所以对高效率的激光器来说，栗浦源温定恒定是第一要素。而由于冷水板的特性，决定冷水机的制冷效率利用率极其低下。再次小型化激器，受制于温控方案无法完全解决，尽管光路系统的体积重量小，但随着功率的提升，冷水机和冷水板只能越做越大，与激光器小型化的需求完全相反，如在高温环境，因为高温损耗问题，体积再大也不能完全有效的解决栗浦源及其他发热器件的散热难题。第四是多环境应用问题，光纤激光器的最终应用需要适应各种不同工况的环境，而不是只呆在空调房。风冷散热的方案完全受制于环境温度，一旦环境温度过高，效率会大幅下降甚至停止工作。水冷散热的方案，本身就由于冷水板热交换系数不能满足栗浦源的高密度热量需求，如果放置在高温的环境，就会导致温度更高，从而降低效率或停止工作，如环境温度过低，循环液体会凝固成固体状态，从而失去散热的功能而导致激光器停止工作。最后是可移动性问题，大功率光纤激光器如要普及应用，不能只呆在固定的空调房，必须要适应多种环境的移动性问题，而水冷方案，由于冷水机的体积重量比及其本身的特性，根本无法实现大功率激光器的便携及可移动性的需求。
[0006]尽管目前激光技术有很大的发展，但如果没有一种含高效解决激光散热难题的光纤激光器，光纤激光的应用普及仍然有很大的局限性。所以需要一种能全面解决光纤激光器热能散发的温控方案和以此温控方案而引起的光纤激光器系统集成技术，让光纤激光器更高效，更稳定，体积重量更小，适应多种环境应用，可移动。这样才可以满足光纤激光器的发展趋势。
【发明内容】
[0007]本发明为了解决上述现有技术存在的问题，而提出一种含高效温控装置的光纤激光器，主要通过压缩机直接冷却系统、精确温度控制系统、激光器光路集成系统、激光器电路控制系统、分隔式激光器箱体的组合配套使用，来解决目前光纤激光器所必须解决小型化、高效率、高稳定性、多环境应用及移动性等应用发展趋势需求。
[0008]本发明是通过以下方案实现的:
上述的含高效温控装置的光纤激光器，包括机箱以及收容于该机箱内的控制系统；所述光纤激光器还包括收容于所述机箱内的压缩机制冷系统、光路系统及电路系统；所述机箱内设有隔板，通过所述隔板将所述机箱的内置空间分隔为光路电路区段和散热区段；所述压缩机制冷系统安装在所述箱体内，包括分别通过多根连接铜管连接的微型压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发冷板及冷媒冲注口 ；所述电路系统包括电源接口和电路板，所述的电源接口与电路板进行电路连接，接入外部电源输入；所述光路系统包括栗浦源、光纤、光纤盘、光栅及准直隔离器；所述栗浦源与所述蒸发冷板的平板面直接或间接接触并固定安装在所述箱体内；所述光纤通过所述光纤盘固定；所述光栅包括第一光栅和第二光栅，分别连接增益光纤的两端，并固定安装在光纤盘上；所述准直隔离器通过光纤连接放置于所述机箱的外部；所述控制系统为集成控制系统，包括激光器主控板、制冷控制板、压缩机驱动板、温度传感器及栗浦源驱动器；所述激光器主控板连接通讯接口，接收外部输入指令，所述激光主控板分别与所述的电路板、制冷控制板和栗浦源驱动器连接，分别控制所述的电路系统、制冷系统及光路系统；所述制冷控制板与所述的温度传感器、压缩机驱动板、冷凝器风扇连接，所述温度传感器接触连接感应所述栗浦源的温度；所述制冷控制板接收所述温度传感器的信号输入并按所述激光器主控板的输入要求控制所述制冷系统的压缩机、冷凝器风扇的开启及转速；所述压缩机驱动板连接所述制冷系统的微型压缩机，按制冷控制板的输入信号控制所述压缩机的开启及转速；所述栗浦源驱动器设置于所述机箱的箱体内，连接所述的栗浦源和电路板，按所述激光器主控板的输入要求对所述栗浦源进行电流电压控制。
[0009]所述的含高效温控装置的光纤激光器，其中:所述机箱包括箱体和箱体盖；所述箱体由所述隔板分割为所述的光路电路区段和散热区段；所述散热区段箱体设有进出风道；所述箱体盖与所述箱体相匹配，由第一箱体盖和第二箱体盖构成；所述第一箱体盖与所述光路电路区段相匹配，装配连接所述光路电路区段的箱体及所述隔板；所述第二箱体盖与散热区段相匹配，装配连接所述散热区段的箱体及所述隔板。
[0010]所述的含高效温控装置的光纤激光器，其中:所述机箱散热区段进风口设有筛网过滤器。
[0011]所述的含高效温控装置的光纤激光器，其中:所述微型压缩机固定配置在所述机箱的散热区段，出口端通过第一连接铜管连接所述冷凝器；所述冷凝器装配在所述机箱的散热区段出风口，固定安装有冷凝器风扇；该冷凝器风扇用于对所述冷凝器散热；所述冷凝器的进口端连接所述第一连接铜管，出口端通过第二连接铜管连接所述节流装置；所述节流装置设置于所述的冷凝器和蒸发冷板之间，一端通过所述第二连接铜管连接所述冷凝器的出口端，另一端通过第三连接铜管连接所述蒸发冷板的进口端；所述蒸发冷板装配在所述机箱的光路电路区段，内部设有微型流道结构，单面或双面为平板结构；所述蒸发冷板的出口端通过第四连接铜管连接所述微型压缩机的进口端；所述冷媒充注口位于所述蒸发冷板出口端与所述微型压缩机进口端之间。
[0012]所述的含高效温控装置的光纤激光器，其中:所述蒸发冷板内部设有微型流道结构，微型流道可为多通道并联或串联。所述蒸发冷板的一面或两面为平板结构，所述蒸发冷板的平板面与所述栗浦源直接或间接接触，吸收所述栗浦源所产生的热量。所述蒸发冷板上可固定接触连接多块栗浦源，对多块栗浦源同时进行温控。
[0013]所述的含高效温控装置的光纤激光器，其中:所述栗浦源上设有温度传感器安装孔；所述蒸发冷板上设有温度传感器装配孔；所述温度传感器安装在所述温度传感器安装孔或温度传感器装配孔内。
[0014]所述的含高效温控装置的光纤激光器，其中:所述光纤盘上设有光纤微通道和光纤固定板；所述光纤沿着光纤微通道盘绕固定；所述光纤固定板安装在所述光纤盘的光纤微形通道上部，对所述光纤进行固定和保护。
[0015]所述