[发明专利]一种低电损耗的激光泵浦源系统

说明书

本发明的一种低电损耗的激光泵浦源系统属于电子设备的技术领域，结构有激光器模块(1)、功率控制模块(2)和温度控制模块(3)；所述的功率控制模块(2)的主要结构包括负载判断模块(206)、延时补偿模块(207)、电压跟踪模块(208)和断电保护模块(211)等。本发明在工作于不同的输出功率时，均能保持最低的电损耗，提高了系统的整体效率。

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，特别涉及一种低电损耗的激光泵浦源系统。

背景技术

光纤激光器以其低阈值、高功率、高光束质量、可靠性好、结构紧凑和散热性好等诸多优点，广泛应用于激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻、激光打标、激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备等领域。光纤激光器是利用掺稀土元素光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器在光纤放大器的基础上开发而来，由泵浦源、稀土元素掺杂光纤、谐振腔三个基本要素组成，其工作原理是：泵浦源产生的泵浦波长上的光子被掺杂光纤吸收，使其中的稀土元素离子跃迁到较高的能级，形成粒子数反转；在自发或受激的条件下，稀土元素离子由高能级回到低能级并同时释放出相应能量的光子；在光纤激光器的光纤谐振腔中上述过程构成正反馈，从而形成激光振荡输出。

激光泵浦源是光纤激光器的核心部分，为整个光纤激光器提供能量源，常见的泵浦源一般由蝶形激光器模块和电流驱动器、温度控制器组成。泵浦源的技术指标影响了整个光纤激光器的技术指标，因此对激光泵浦源的技术指标要求较高，而在激光泵浦源的各项技术指标中，稳定度和效率更为重要，要保证整个光纤激光器系统的高稳定度和高效率，则要求激光泵浦源的稳定度和效率尽量高。与本发明最接近的现有技术是本课题组于2016年9月5申请的发明专利“一种具有超温保护功能的高稳定度激光泵浦源”，申请号为2016108010570，该专利中，以蝶形激光器模块为发光源，由稳定性很高的功率控制模块和温度控制模块对其进行驱动和控温，在功率控制模块中加入了PID运算电路，有效地提高了输出激光的稳定度。

但上述专利还存在一定的缺点，其中最主要的缺点是效率低，造成其效率低的主要原因是该系统中电损耗过高。专利2016108010570的核心结构包括激光器模块(蝶形激光器模块)、功率控制模块和温度控制模块，其中功率控制模块结构见该专利的附图2，功率控制模块的结构包括功率取样模块、PID运算模块、LD驱动模块等，功率控制模块的核部分则是LD驱动模块，该模块负责产生高稳定度的恒定电流并输出至蝶形激光器，其电路原理图见该专利的图7，在该电路中，由固定电压VCC经由功率管Q1、取样电阻Rs1、LD+(激光二极管正极)、LD-(激光二极管负极，图中未画出)，到地，构成一个电流回路，该回路中的电流由于深度负反馈的作用及前级PID控制的作用，稳定度极高，其大小受到前级控制电路的控制。在该回路中，功率管Q1承担的电压降、取样电阻Rs1承担的电压降、以及激光二极管承担的电压降三者之和等于电源电压VCC(固定值)，当所设置的驱动电流由大变小时，激光二极管两端的电压、取样电阻Rs1两端的电压均相应变小，而功率管Q1是非线性器件，则会主动承担多余的电压，以保持三者电压之和等于VCC，这时会导致该电路产生的电功率更多地变为功率管Q1的管耗，也就是说，随着设置的驱动电流的减小，功率控制模块输出的功率减小，但功率控制模块自身的电损耗却增加，这一方面导致系统的总体效率急剧下降，另一方面，随着功率管Q1的管耗的增加，其产生的热量增加，系统的温度会升高，而温度的升高则会带来更加严重的后果：降低输出电流的稳定度且带来烧坏功率管的风险。

另外，专利2016108010570不具备过流保护的功能，一旦某个控制单元出现故障导致输出至蝶形激光器模块的电流值超过蝶形激光器所能承受的最大安全电流值时，很容易将蝶形激光器烧坏。

因此，现有的激光泵浦源还需要进一步改进。

发明内容