一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构，包括驱动电源模块、激光光路模块、多个承力柱；本申请中激光光源工作时产生的废热由相变材料吸收并暂存，在激光光源待机时由外接冷却液实现这些暂存废热的排散，由于不用实时带走激光光源工作时产生的废热，对制冷机要求较低；由于外接冷却液直接散热比接触传热效率高；具备紧凑轻量的优点：本申请通过驱动电源模块与激光光路模块分层叠放式立体化设计，减小激光光源平铺面积，立体空间得到均衡利用，也利于紧凑化布局，减小了体积；本申请充分利用激光光路所需占用的平铺面积，将驱动电源拆分为数个矮小子电源器件，减少高度方向的尺寸，使空间布置得到优化。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构
本技术属于光纤激光器
，具体涉及一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构。
技术介绍
同气体或常规固体激光器相比，高功率光纤激光器具有光束质量优良、转换效率高、阈值低、便于维护等的特点，在工业加工、印刷、医疗等方面应用广泛。1.激光器关键技术；随着光纤激光器的发展，其输出功率的大幅度增加，造成激光器的规模(重量、尺寸等)越来越大，激光器产生的废热也越来越多。因此，光纤激光器的热管理设计技术和紧凑轻量化结构设计技术是需要解决的关键技术。1.1热管理设计技术；激光器的热管理主要包括温度控制及废热储存、废热排散等。在光纤激光器各种关键技术中，散热问题的解决是光纤激光器一个极其关键的技术。因为光纤激光器电光转换效率虽然能高达30％，即输入的电能约70％都转化为废热，这种热负载会引起光束质量下降及效率下降甚至造成激光器损坏。随着技术的发展，激光器的输出功率不断提升，废热也相应大幅增加，器件的散热变得更加困难。1.2紧凑轻量化结构设计技术；由于平台(如机动性好的小型越野车、快艇、无人机等)载重和安装空间限制，且激光器属精密、复杂的光学系统，所处环境条件又十分严苛，故激光器在结构上要求体积小、重量轻、稳定可靠,设计难度较大。2.激光光源的定义；激光器一般组成如图1所示。将激光光源定义为激光光路(由激光器件组合而成)、热管理、驱动电源的综合体。激光光源是激光器的核心，其体积和重量决定了整个激光器的规模。3.现有技术方案现有技术方案一；现有技术方案一如图2所示：光学器件13布置在器件安装结构板16上,器件安装结构板16如图3所示，整体放置在激光光源箱体15中，配备冷却液接口11和电连接器12接口；冷却液接口11外接制冷机，通过冷却液直接件激光光源工作时产生的废热吸收带走并排散；电连接器接口外接独立的驱动电源单机。图2中还示出了激光光源与平台安装接口14；现有技术方案二；现有技术方案二如图4所示：光学器件13布置在器件安装结构板16上，整体放置在设置有冷却液通道A18的平板上，配备电连接器12接口；器件安装结构板16内部开设多个方形空腔19，腔体19内填充相变材料，激光光源工作时产生的废热由相变材料吸收并暂存，在激光光源待机时由平台冷板外接散热器实现这些暂存废热的排散；电连接器接口外接独立的驱动电源单机。如4中还示出了光纤跑道17；1.现有技术方案一的缺点及导致的原因；a.方案一采取的热管理方式是通过冷却液将激光光源工作时产生的大量废热实时带走，这就需要制冷机提供相当大流量的冷却液，造成制冷机的规模较大，对管路的要求也较高；当激光光源的功率进一步增加时，这个问题更加明显；b.为了使整个器件安装板温度均匀，需要在器件安装板上开设连续U形冷却液通道，器件安装孔位要避开这些位置，造成器件的布置不够灵活；c.驱动电源是独立单机，造成驱动电源与激光光路之间的电连接器较多，且二者之间的电缆过长。2.现有技术方案二的缺点及导致的原因；a.器件安装结构件与平台冷板之间通过接触导热，造成废热的排散非常缓慢(达数小时)，激光光源工作间隔过长；b.器件安装结构件与平台之间必须设置冷板，对平台要求较高，某些平台必须经过专门的改造；c.驱动电源是独立单机，造成驱动电源与激光光路之间的电连接器较多，且二者之间的电缆过长。因此急需研发出一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构来解决以上问题。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的问题。本技术提供了一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构，包括：驱动电源模块；激光光路模块；多个承力柱；驱动电源模块和激光光路模块分层叠放，且驱动电源模块和激光光路模块之间通过多个承力柱固定连接为一框架结构，电连接器置于框架结构的一侧，电连接器用于外部电源的输入以及将驱动电源模块与激光光路模块电性连接。具体地，激光光路模块包括：泵浦源光学器件；泵浦源光学器件安装在泵浦源结构板的中部；主光路光学器件；主光路光学器件安装在主光路结构板的中部上，光纤跑道与主光路光学器件并排设置；泵浦源结构板；主光路结构板；泵浦源结构板与主光路结构板连接后内部形成空腔，相变材料封装在泵浦源结构板、主光路结构板内中部；冷却液通道A；冷却液通道A置于泵浦源结构板边沿的空腔内；冷却液通道A在泵浦源结构板上围绕泵浦源光学器件设置，冷却液通道A在主光路结构板上围绕光纤跑道设置。优选地，在泵浦源结构板的一侧面上开设有凹槽，泵浦源光学器件和主光路光学器件通过凹槽进行光纤互通。优选地，泵浦源结构板上没有设置相变材料和冷却液通道的位置开设减重腔。具体地，驱动电源模块包括：驱动电源器件；驱动电源器件包括多个子电源器件；驱动电源结构板；结构板加强筋；多条结构板加强筋安装在驱动电源结构板上，多个子电源器件均匀分布在驱动电源结构板上，且固定安装在多条结构板加强筋上；冷却液通道B；冷却液通道B置于驱动电源结构板边沿的空腔内，并围绕驱动电源器件设置。具体地，承力柱的一端设置有外螺纹，承力柱的另一端设置有内螺纹，承力柱的中端设置有板手卡槽，激光光路模块的三个平台冷板上均设置有多个紧固螺钉，驱动电源结构板的三个侧端上均设置有螺孔，承力柱的外螺纹旋入螺孔设置，紧固螺钉旋入承力柱的内螺纹设置。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1.本申请具备激光光源工作时相变蓄热、工作间隔时液冷散热的复合功能：激光光源工作时产生的废热由相变材料吸收并暂存，在激光光源待机时由外接冷却液实现这些暂存废热的排散，由于不用实时带走激光光源工作时产生的废热，对制冷机要求较低，解决传统技术方案中制冷机规模较大的缺点；又由于外接冷却液直接散热比接触传热效率高，这样同时也解决传统技术方案中激光光源工作间隔过长的缺点。2.具备紧凑轻量的优点：a.通过驱动电源模块与激光光路模块分层叠放式立体化设计，减小激光光源平铺面积，立体空间得到均衡利用，也利于紧凑化布局，减小了体积；b.充分利用激光光路所需占用的平铺面积，将驱动电源拆分为数个矮小子电源器件，减少高度方向的尺寸，使空间布置得到优化；c.激光光路模块与驱动电源模块组合化设计，大大减少了电连接器数量；d.将激光光路泵浦源光学器件与驱动电源面对面布置，便于线缆的直接连接，缩短二者之间线缆的长度；e.通过承力柱将整个光源构成一个框架结构，结构稳定，装拆简便，在保证总体结构刚度强度的同时，重量较轻。3.安装条件要求更低本申请不需要平台提供冷板作为安装支撑和导热，安装条件要求更低。附图说明图1为激光器原理图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构，其特征在于，包括：/n驱动电源模块(21)；/n激光光路模块(22)；/n多个承力柱(23)；驱动电源模块(21)和激光光路模块(22)分层叠放，且驱动电源模块(21)和激光光路模块(22)之间通过多个承力柱(23)固定连接为一框架结构，电连接器(12)置于框架结构的一侧，电连接器(12)用于外部电源的输入以及将驱动电源模块(21)与激光光路模块(22)电性连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构，其特征在于，包括：
驱动电源模块(21)；
激光光路模块(22)；
多个承力柱(23)；驱动电源模块(21)和激光光路模块(22)分层叠放，且驱动电源模块(21)和激光光路模块(22)之间通过多个承力柱(23)固定连接为一框架结构，电连接器(12)置于框架结构的一侧，电连接器(12)用于外部电源的输入以及将驱动电源模块(21)与激光光路模块(22)电性连接。


2.根据权利要求1所述的一种高功率光纤激光光源紧凑轻量化结构，其特征在于，激光光路模块(22)包括：
泵浦源光学器件(221)；泵浦源光学器件(221)安装在泵浦源结构板(222)的中部；
主光路光学器件(224)；主光路光学器件(224)安装在主光路结构板(223)的中部上，光纤跑道(17)与主光路光学器件(224)并排设置；
泵浦源结构板(222)；
主光路结构板(223)；泵浦源结构板(222)与主光路结构板(223)连接后内部形成空腔，相变材料封装在泵浦源结构板(222)、主光路结构板(223)内中部；
冷却液通道A(18)；冷却液通道A(18)置于泵浦源结构板(222)边沿的空腔内；冷却液通道A(18)在泵浦源结构板(222)上围绕泵浦源光学器件(221)设置，冷却液通道A(18)在主光路结构板(223)上围绕光纤跑道(17)设置。


3.根据权利要求2所述的一种高功率光纤激光光源紧凑轻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小刚，闭治跃，张乐，黄勋，饶殷睿，吉庭武，安海霞，许志烁，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院总体工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51