[发明专利]多样式大功率激光破冰系统

权利要求书

1.本发明涉及一种多样式大功率激光破冰系统，主要用于水面/水下大尺寸冰块的激光辅助破冰，高压线/起重机等高处人力不便触及部位的激光除冰，及飞机蒙皮结冰的快速清除等。多样式大功率激光破冰系统包括连续光纤激光器与脉冲固体激光器两种体制的激光器，为处理不同状态的冰层提供多样式、组合型高效破冰手段。连续光纤激光器的输出光束可由传能光纤组输出，分成多路同时或分时到达不同的破冰位置，有利于处理不同尺寸的冰层。脉冲固体激光器的输出光束可通过激光输出光学系统输出，并可汇聚到冰块内部的适当位置。

2.权利要求1中的多样式大功率激光破冰系统由连续光纤激光器、固体脉冲激光器、光纤分束器、传能光纤组、激光输出光学系统和指示光源组成。其中，连续光纤激光器的最大输出功率可达万瓦，波长1微米；固体脉冲激光器的最大输出峰值功率可达数兆瓦，波长为1微米和0.532微米。连续光纤激光器主要用于陆地或水面之上的除冰作业，固体脉冲激光器中的0.532微米激光则更适合用于水下破冰作业。

3.权利要求1中的多样式大功率激光破冰系统在实施不同类型的除冰任务时，可将连续光纤激光器和固体脉冲激光器进行优化组合、交叉运用或联合工作，每台激光器的输出参数、发射时间、照射顺序及光束照射位置等，均可根据处理冰块的尺寸、厚度和浸水深度的不同而有所改变。例如在处理较薄冰块时，可选择先发射脉冲激光，基于脉冲激光的应力破坏效应在冰块中造成一些裂纹，然后再发射连续激光对其实施加热，激光的热量沿冰块中的裂纹得以有效扩散，从而降低对大冰块的破冰难度；再如在处理较厚冰块时，可选择先发射连续激光，激光束直接照射或经传能光纤组分别传递到冰块上的适当位置，基于连续激光的烧蚀效应在沿冰块容易发生破裂的水平或纵深方向烧蚀出一系列小孔，然后再利用脉冲激光对横纵小孔方向分别照射，可充分发挥脉冲激光的应力破坏效能，以此提高对大冰块的破冰效率。

4.权利要求1中的激光输出光学系统为一电控变焦光学系统，参考“激光内雕工艺”的做法，可将脉冲固体激光器的激光束会聚到透明冰块内的不同深度，利用光学系统焦点处汇聚的高功率/能量密度，使得冰块内部被激光烧出多个小洞，以此可提高传统破冰机械装置的破冰效率。

5.权利要求2中指示光源为一台520nm半导体绿光激光器，该激光波长水下穿透性能强，一方面可为1微米的不可见连续光纤激光提供方向指示，另一方面可为破冰系统中的水下CCD成像设备提供水下增强照明，特别是对脉冲激光造成的冰块裂纹进行观察，为激光破冰点的选择与运用时机提供参考。