[发明专利]大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置及方法

权利要求书

1.一种大功率光纤激光器线性补偿的动态耦合控制装置，包括电源控制系统、大直径光纤激光系统和动态耦合控制系统；

电源控制系统，控制大直径光纤激光系统的运行和补偿性的动态耦合控制系统的运行，保证二者在配合运行的过程中始终有足够的电源支持；

大直径光纤激光系统，通过使用大直径的光纤芯长，显著地提高了非线性效应的阈值，加宽了激光器稳定输出的线性范围，从而进一步增强了激光效应的宽度；

动态耦合控制系统，其特征在于，包括补偿性的动态耦合电路，所述补偿性的动态耦合电路包括第一耦合模块、第二耦合模块和第三耦合模块，针对大直径光纤运行过程中产生的本征模式数量的增加，通过增加基础耦合、电容耦合的动态补偿电路模块，减小了光束质量下降的副作用，加强了激光系统实现大功率输出的稳定激光衍射效应；

第一耦合模块，包括整流器U1、三极管Q1、三极管Q2、可调电阻RV1、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电感L1，所述整流器U1的第二引脚分别与所述电阻R1的一端、所述可调电阻RV1的第一引脚、电压信号VCC连接，所述整流器U1的第一引脚与所述电阻R1的另一端均接地，所述可调电阻RV1的第三引脚分别与所述可调电阻RV1的第二引脚、所述电容C3的一端、所述电容C4的一端连接，所述电容C3的另一端分别与所述电容C4的另一端、所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电容C1的一端、所述电容C2的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述整流器U1的第三引脚、所述电阻R2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电阻R2的另一端连接，所述三极管Q1的发射极分别与所述二极管D1的正极、电压信号V1、所述三极管Q2的集电极、所述电阻R4的一端、所述电阻R6的一端连接，所述二极管D1的负极接地，所述三极管Q2的发射极与所述电阻R4的另一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述电感L1的一端、所述电阻R7的一端连接，所述电感L1的另一端与所述电阻R7的另一端连接；

第二耦合模块，包括时钟信号CLK1、集成芯片U3、运算放大器U4、三极管Q3、三极管Q4、热敏电阻VR1、二极管D2、电感L2、电感L3、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C5、电容C6和电容C7，所述时钟信号CLK1的输出端与所述集成芯片U3的第七引脚连接，所述集成芯片U3的第九引脚与所述集成芯片U3的第六引脚均接地，所述集成芯片U3的第四引脚与所述电容C7的一端连接，所述电容C7的另一端与所述集成芯片U3的第三引脚连接，所述集成芯片U3的第五引脚与所述电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端接地，所述集成芯片U3的第二引脚分别与所述热敏电阻VR1的一端、所述三极管Q4的集电极连接，所述热敏电阻VR1的另一端分别与所述运算放大器U4的第三引脚、所述电阻R10的一端、电压信号V2、所述电容C6的一端连接，所述电阻R10的另一端与所述运算放大器U4的第一引脚连接，所述运算放大器U4的第四引脚与所述运算放大器U4的第八引脚均为断路，所述运算放大器U4的第二引脚与所述电阻R11的一端连接，所述电阻R11的另一端分别与所述电容C6的另一端、所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端分别与所述电阻R9的一端、所述二极管D2的负极连接，所述电阻R9的另一端与所述三极管Q4的发射极连接，所述三极管Q4的基极分别与所述电容C5的一端、所述电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与所述电容C5的另一端、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的基极与电压信号VREF连接，所述三极管Q3的发射极与所述二极管D2的正极连接；

第三耦合模块，包括变压器TR1、光隔离器IRL1、整流器U2、集成芯片U5、热敏电阻VR2、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电感L4、MOS管Q5、三极管Q6、三极管Q7、二极管D3、二极管D4和二极管D5，所述热敏电阻VR2的一端分别与所述电阻R13的一端、所述电容C8的一端、所述电阻R15的一端、电压信号VCC连接，所述电容C8的另一端接地，所述电阻R15的另一端与所述变压器TR1的第一引脚连接，所述热敏电阻VR2的另一端分别与所述电阻R12的一端、所述三极管Q6的基极连接，所述电阻R13的另一端分别与所述电阻R14的一端、所述二极管D3的正极、所述电容C9的一端连接，所述电阻R12的另一端与所述电阻R14的另一端连接，所述二极管D3的负极与所述电容C9的另一端、所述电感L4的一端均接地，所述电感L4的另一端与所述三极管Q6的发射极连接，所述三极管Q6的集电极与所述变压器TR1的第二引脚连接，所述变压器TR1的第三引脚分别与所述电阻R16的一端、所述三极管Q7的基极连接，所述电阻R16的另一端与所述光隔离器IRL1的一端连接，所述变压器TR1的第四引脚与所述电容C10的一端连接，所述电容C10的另一端与所述三极管Q7的集电极连接，所述光隔离器IRL1的另一端分别与所述二极管D5的正极、所述整流器U2的正极连接，所述二极管D5的负极分别与所述MOS管Q5的D极、所述二极管D4的正极、所述集成芯片U5的第四引脚、所述集成芯片U5的第五引脚、电压信号V3连接，所述二极管D4的负极接地，所述整流器U2的负极分别与所述整流器U2的参考端、所述MOS管Q5的G极、所述电阻R17的一端连接，所述电阻R17的另一端分别与所述三极管Q7的发射极、所述电容C11的一端、所述电容C12的一端连接，所述电容C11的另一端分别与所述MOS管Q5的S极、所述电容C12的另一端连接，所述集成芯片U5的第一引脚与所述集成芯片U5的第二引脚均与电压信号V1连接，所述集成芯片U5的第六引脚与电压信号VOUT连接，所述集成芯片U5的第三引脚与所述电容C13的一端均接地，所述电容C13的另一端与所述集成芯片U5的第八引脚连接，所述集成芯片U5的第七引脚与电压信号V2连接，所述集成芯片U5的第九引脚分别与所述集成芯片U5的第十引脚、所述电阻R18的一端连接，所述电阻R18的另一端接地；

所述集成芯片U3的型号是10130，在所述时钟信号CLK1的控制下进行周期性电流信号输出，控制第二耦合模块的阻容耦合支路运行，提高低频性；

所述变压器TR1是一种四引脚的变压线圈，通过连接输入和输出端之间的负载实现阻抗变换，保证直流的前后极相互隔离，进一步减少支路电流噪声干扰；

所述光隔离器IRL1的型号是IRLINK，内部进行电流光转换实现无干扰的光电变换，进一步利用光敏效应实现电流输出，隔离电气，抑制干扰。