CN102322945A - 高功率光纤激光器功率在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种高功率光纤激光器功率在线监测装置，是内置了光功率探头的全光纤激光器的泵浦滤除器，通过监测泵浦滤除器所滤除的残留在包层中的光束质量较差的泵浦光的功率，监测光纤实际输出光功率。本发明克服了目前常用分束器分光来在线监测输出光功率的方法由于所能承受通光功率有限，不能用于高功率全光纤激光器的局限。不用停止激光器再在输出端移走被加工件并插入功率计来测量功率，且有别于通过监控所加载电功率来标定实际输出的光功率的方法，可实时在线监测全光纤高功率激光器的输出状态。
Description
技术领域
本发明涉及高功率光纤激光器，特别是一种高功率光纤激光器功率在线监测装置。
技术背景
目前对于全光纤结构的光纤激光器，低功率下通过例如分光比为1:99的分束器分光进行采样，通过光电二极管等合适的光功率探头监测采样光的功率，来在线监测输出光功率。该方法由于分束器所能承受通光功率有限，通常不超过2W，且随通光功率上限上升价格上升迅速，不适用于高功率全光纤激光器的功率在线监测。
目前对于高功率全光纤激光器的功率监测，通常是通过监测其泵源的电源输出电功率，来标定激光器输出端的光功率，由于泵源受温度起伏及自身电光效率起伏等的影响，该方法标定的光功率一般仅供用户参考。另外，在非在线测试中，需要先在被加工件前和激光器输出端间插入功率计，测试实际的激光功率输出。之后再移开功率计，作用于被加工件，此时默认输出功率不变且激光器正常工作。
而事实上，由于受到泵源温度变化、增益光纤自身的热效应等影响，激光器输出功率通常是不稳定的。而极端情况下，若光纤激光器光通路中某处因热效应或热透镜效应发生损伤时，监测电功率的方法会使操作者误以为系统仍正常工作，容易导致不能及时发现问题，使危害进一步恶化。
而对于全光纤结构的多级高功率光纤激光器，人们经常需要关注各级激光器的实时输出功率。尤其是当搭好整个激光器系统后，发现输出端输出功率异常，需要逐级排查问题时，对于处于系统前部的种子级来说，由于传统监测电功率的方法原本就是建立在假设系统不变的基础上，故失去了参考作用。而只在最后输出端插入功率计的方法，显然满足不了逐级排查的要求。
对于高功率光纤激光器而言，由于通光功率高导致热效应影响增加，系统结构复杂度提高导致的系统稳行性下降，这在实验室测试和实际生产工作中已得到验证，故更需要安全可靠的监控手段的支持。
发明内容
为有效解决了上述问题，本发明通过监测泵浦滤除器滤除的泵浦光来标定输出光的方法，可实时、在线应用在高功率全光纤结构光纤激光器中，为多级结构的全光纤激光器各级功率监测和功率预警系统的开发提供了技术手段。
本发明的技术解决方案如下：
一种高功率光纤激光器功率在线监测装置，其特点是内置了光功率探头的全光纤激光器的泵浦滤除器，具体结构包括：
一个光功率探头；
一个金属块壳体，该金属块壳体具有通孔，在该通孔的一侧壁上设有水冷散热管道，另一侧壁上设有供所述光功率探头安装的插设结构，使所述的光功率探头的探测面向所述的通孔内；
一段双包层光纤，该双包层光纤中的一小段的涂覆层和外包层剥离后在其内包层外进行粗糙化处理，或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶，并称为处理段，将所述的双包层光纤穿过所述的通孔，使所述的处理段处于所述的通孔内，用透明固化胶将所述通孔的两端与所述的处理段两端外未经处理的双包层光纤的涂覆层粘结固定。
上述的高功率光纤激光器功率在线监测装置的制作方法，包括下列步骤：
①将双包层光纤中一段的涂覆层和外包层去除后，在其内包层外表面进行粗糙化处理或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶，目的是破坏内包层外表面的全反射结构，称之为处理段；
②加工金属壳体，使之具有水冷散热管道、通孔和光功率探头安装的插设结构；
③将所述的双包层光纤悬空地穿设在金属壳体的通孔中，将所述的处理段两端外未经处理的双包层光纤的涂覆层与所述的通孔的两端用透明的固化胶密封固定；
④将光功率探头安装在所述的金属壳体的插设结构上；
⑤对所述的光功率探头进行定标后即可使用。
所述的通孔的直径需比光纤直径大，孔径的取值范围为：4～6mm。
所述的光功率探头根据激光器所使用的泵浦光波段和泵浦光的功率进行选择。
本发明的工作原理如下：
高功率光纤激光器功率在线监测装置，即内置了光功率探头的全光纤激光器的泵浦滤除器。
所谓全光纤激光器的泵浦滤除器，指的是可以将包层中泵浦光过滤出来并控制被滤除光功率导致的热效应的装置，用来实现的手段包括对双包层光纤内包层外表面进行粗糙化处理，或者在内包层外重涂覆高折射率涂覆胶，两者都破坏了泵浦光在光纤内包层外表面的全反射条件。被散出的内包层中的剩余泵浦光由的金属块外壳内表面吸收后，转换为热量，经由金属壳体外表面和水冷带走，使得其可在高功率下使用。
本发明的技术效果如下：
本发明克服了目前常用分束器分光来在线监测输出光功率的方法由于所能承受通光功率有限，不能用于高功率全光纤激光器的局限。
本发明装置不用停止激光器再在输出端移走被加工件并插入功率计来测量功率，且有别于通过监控所加载电功率来标定光纤实际输出的光功率的方法，可实时在线监测全光纤高功率激光器的输出状态。
附图说明
图1为本发明高功率光纤激光器功率在线监测装置结构示意图。
图2为在典型的全光纤结构高功率光纤激光器中使用本发明装置的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1为本发明高功率光纤激光器功率在线监测装置结构示意图。由图可见，本发明高功率光纤激光器功率在线监测装置，包括：
一个光功率探头10；
一个金属块壳体2，该金属块壳体2具有通孔3，在该通孔3的一侧壁上设有水冷散热管道1）另一侧壁上设有供所述的光功率探头10安装的插设结构，使所述的光功率探头10的探测面向通孔3内；
一段双包层光纤，该双包层光纤中的一小段的涂覆层5和外包层6剥离后在其内包层7外进行粗糙化处理，或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶9，并称为处理段，将所述的双包层光纤穿过所述的通孔3，使所述的处理段处于所述的通孔3内，用透明固化胶4将所述通孔3的两端与未经处理的双包层光纤的涂覆层5粘结固定。
上述的高功率光纤激光器功率在线监测装置的制作方法，包括下列步骤：
①将一段双包层光纤的涂覆层5和外包层6去除后，对内包层外表面进行粗糙化处理或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶9，目的是破坏内包层外表面的全反射结构；
②加工金属壳体2，使之具有水冷散热管道1、通孔3和光功率探头10安装的插设结构；
③将所述的双包层光纤悬空地穿设在金属壳体的通孔3中，将未经处理的双包层光纤的涂覆层5与通孔2的两端用透明的固化胶4密封固定；
④将光功率探头10安装在所述的金属壳体的插设结构上；
⑤对所述的光功率探头10进行定标后即可使用。
现举本发明装置的一组具体结构参数，用以说明一个具体的实施例。如图1所示，选取一根纤芯直径为20μm，内包层直径为400μm，涂覆层外径600μm的双包层无源光纤，选取一段长度约30mm的区域，去除外包层涂覆，露出器内包层，其内包层材料的折射率为1.45。再用光纤涂覆机，给这段光纤涂覆上一层折射率为1.5的折射率高于内包层的可紫外固化的涂覆胶。选取一块40×20×20的铜块作为金属块壳体2，打一个用来直径为6mm的通孔3。在一侧打好水道1接好水管，另一侧打好用来固定光功率探头用的通孔和4个M2.5的螺孔，并将光功率探头10插入，在外侧用螺丝固定。将上述处理好的光纤穿于该金属壳体2的通孔3中，使被处理的部分完全处于通孔3中，与金属壳体2两端对齐的需要是未处理的光纤部分，用透明的快干胶将其固定于金属壳体2的通孔3的两端。
下面再举一个例子用以说明在光纤激光器中如何使用本发明装置。
如图2所示，假设被监测功率的全光纤结构光纤激光器，由激光泵源201、泵浦光合束器202、增益光纤204和一对光纤光栅构成的谐振腔203、205、输出端207构成。使用本装置206时，将其熔接于输出端之前、谐振腔之后即可。装置的光功率探头10管脚引线便可供测量电路208使用。
Claims (4)
1.一种高功率光纤激光器功率在线监测装置，其特征是内置了光功率探头的全光纤激光器的泵浦滤除器，具体结构包括：
一个光功率探头（10）；
一个金属块壳体（2），该金属块壳体（2）具有通孔（3），在该通孔（3）的一侧壁上设有水冷散热管道（1），另一侧壁上设有供所述光功率探头（10）安装的插设结构，使所述的光功率探头（10）的探测面向所述的通孔（3）内；
一段双包层光纤，该双包层光纤中的一小段的涂覆层（5）和外包层（6）剥离后在其内包层（7）外进行粗糙化处理，或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶（9），并称为处理段，将所述的双包层光纤穿过所述的通孔（3），使所述的处理段处于所述的通孔（3）内，用透明固化胶（4）将所述通孔（3）的两端与所述的处理段两端外未经处理的双包层光纤的涂覆层（5）粘结固定。
2.权利要求1中所述的高功率光纤激光器功率在线监测装置的制作方法，其特征在于包括下列步骤：
①将双包层光纤中一段的涂覆层（5）和外包层（6）去除后，在其内包层外表面进行粗糙化处理或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶（9），目的是破坏内包层外表面的全反射结构，称之为处理段；
②加工金属壳体，使之具有水冷散热管道（1）、通孔（3）和光功率探头（10）安装的插设结构；
③将所述的双包层光纤悬空地穿设在金属壳体的通孔（2）中，将所述的处理段两端外未经处理的双包层光纤的涂覆层（5）与所述的通孔（2）的两端用透明的固化胶（4）密封固定；
④将光功率探头（10）安装在所述的金属壳体的插设结构上；
⑤对所述的光功率探头（10）进行定标后即可使用。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的通孔（3）的直径需比光纤直径大，孔径的取值范围为：4～6mm。
4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的光功率探头根据激光器所使用的泵浦光波段和泵浦光的功率进行选择。
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