CN107370013A - 一种高功率光纤激光器功率实时反馈的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高功率光纤激光器功率实时反馈的装置，包括金属底座、与待测激光器连接的双包层光纤、玻璃管、金属夹具、光电探测器；其中金属底座设置光纤槽，双包层光纤设有熔接点且该熔接点一侧内包层腐蚀磨砂出磨蚀处，玻璃管套于熔接点和磨蚀处处，玻璃管和双包层光纤设置于光纤槽内，金属夹具设置于金属底座上，光电探测器设置于金属夹具上且用于探测磨蚀处处泄露的光。

Description

一种高功率光纤激光器功率实时反馈的装置
技术领域
本发明涉及一种光纤激光器技术，特别是一种高功率光纤激光器功率实时反馈的装置。
背景技术
高功率光纤激光器是光纤材料中掺杂了稀土元素，连续激光功率达到百瓦、千瓦甚至万瓦级的光纤激光器，高功率光纤激光器已成为光通信领域的另一个研究热点，能够提供高增益输出符合光通信低损耗窗口的激光，并且可以用半导体激光器作为泵浦源既经济又实惠。目前高功率光纤激光器大多是基于主振荡功率放大(MOPA)方式工作的，通常为多级结构。多级结构带来系统稳定性下降，高功率运行下更需要有效的功率监控手段保证系统稳定安全运行。低功率下全光纤激光器采用分束器分光采样的方法，由于分束器所能承受的通光功率有限，不能应用于高功率激光器中。经实验发现，谐振腔后光纤中包层光的强度与信号光功率大小有较好的线性关系，故可以采用测量包层光强来推测纤芯中信号光功率的大小。但现有的一些测量包层光强度的方式存在结构复杂，热传导性、可调整性差等缺点，需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率光纤激光器功率实时反馈的装置，包括金属底座、与待测激光器连接的双包层光纤、玻璃管、金属夹具、光电探测器；其中金属底座设置光纤槽，双包层光纤设有熔接点且该熔接点一侧内包层腐蚀磨砂出磨蚀处，玻璃管套于熔接点和磨蚀处处，玻璃管和双包层光纤设置于光纤槽内，金属夹具设置于金属底座上，光电探测器设置于金属夹具上且用于探测磨蚀处处泄露的光。
采用上述装置，光电探测器与磨蚀处之间的相对位置满足逐步增加待测激光器的供电电流，光电探测器的响应一直在线性相应区域内，不饱和也不截止。
采用上述装置，金属夹具上设置若干个光电探测器安装孔，光电探测器设置于光电探测器安装孔内。
采用上述装置，用氢氟酸腐蚀内包层。
采用上述装置，玻璃管为脱羟基玻璃管。
采用上述装置，金属底座上设置若干个金属夹具安装位，金属夹具设置于金属夹具安装位上。
采用上述装置，金属底座设有光纤槽端面的相对端面设置水冷装置。
本发明没有破坏激光器的全光纤结构，且光电探测器响应速度快，利用包层光与纤芯信号光强度的线性关系，能较为准确的测算出激光器的纤芯光输出功率，从而可以实现激光器功率的实时反馈。本发明利用包层光和信号光强度的线性关系，通过在对熔接点一侧的内包层腐蚀，使残余的包层光泄漏。本发明用脱羟基玻璃管套住并固定熔接点和腐蚀处，并用少量胶在两端固定，增加了熔接点的机械强度，且热量直接传递到金属夹具和底座上，通过水冷板被迅速带走。金属夹具至少有两个孔位，用来安放光电探测器，金属底座上也有多个金属夹具的固定位，并且底座可以设计的足够长，使腐蚀处、金属底座、金属夹具、以及光电探测器之间有多个位置可调，满足光电探测器的线性输出范围，减少对熔接点的位置要求。本发明可结合激光器电源控制部分，实现功率的稳定输出，并且在功率异常时，可紧急切断电源，起到对激光器本身，以及其所处系统的保护作用。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为高功率光纤激光器功率实时反馈的装置的结构示意图。
图2为金属底座的结构示意图。
图3为实施例中激光器输出功率与光电探测器的采样值示意图。
具体实施方式
结合图1、图2，一种高功率光纤激光器功率实时反馈的装置，包括双包层光纤101，腐蚀处106，脱羟基玻璃管102，金属夹具104，光电探测器105，金属底座107；光纤熔接点103一侧内包层用氢氟酸腐蚀磨砂，称为腐蚀处106；所述脱羟基玻璃管102套在光纤熔接点103与腐蚀磨砂106处，两侧用胶固定；玻璃管102与光纤101放在金属底座107的光纤槽内，金属底座107安装在水冷装置上；金属夹具104固定光电探测器105，从上方安装到金属底座上。
在光纤熔接点103一侧剥皮处，用氢氟酸腐蚀内包层，使腐蚀处106一部分包层光泄漏。
用脱羟基玻璃管套102在熔接点103及腐蚀处106，脱羟基玻璃管102足够长，其两端处在双包层光纤涂覆层处，两端用胶与双包层光纤101固定。
所述金属夹具104，至少有两个光电探测器105的安装孔，每个安装孔下都有通光小孔，使泄漏的包层光进入光电探测器105。
所述金属底座107，长度足够长，并设计有定位孔205-206，且有多个金属夹具104的安装位201-104。其中有光纤槽107，宽度大于双包层光纤101和脱羟基玻璃管102的直径，位置与金属夹具104的通光小孔所对应。金属底座107下部紧贴水冷装置安装。
光电探测器105的探测波段，响应范围都应与待测光信号匹配。
一种制作上述装置的方法，包括以下步骤：
步骤一：在剥离器后选择一熔接点103，用氢氟酸对熔接点一侧的内包层进行腐蚀，使腐蚀处106残余包层光泄漏；
步骤二：用脱羟基玻璃管102套住熔接点和腐蚀处，两侧用胶固定；
步骤三：将金属底座107安装在水冷装置上，将固定好的脱羟基玻璃管102和双包层光纤101放在金属底座107的光纤槽内；
步骤四：将光电探测器105放在金属夹具104中固定后，连同金属夹具104固定在金属底座107的合适位置，使光电探测器105、金属夹具104、与光纤腐蚀处106三者之间相对位置不变；
步骤五：对待测激光器逐步供电，对光电探测器105进行标定。
所述脱羟基玻璃管102应足够长，使其套住熔接点103和腐蚀处106后，两侧都能处于光纤涂覆层位置。
所述光电探测器105的响应范围与待测光的波段相对应。
在步骤五中，应逐步增加待测激光器的供电电流，使光电探测器105在整个过程中既不饱和也不截止，否则应返回步骤四，重新调整位置。
实施例
激光器采用20/400的双包层光纤为输出光纤，选择剥离器尾纤与QBH的熔接点为装置的安装处，泄漏出来的包层光不会太强，不会引起严重的发热和光电探测器的饱和，在熔接点一侧用氢氟酸腐蚀内包层，腐蚀长度大约2-3mm，用长度约为2cm的脱羟基玻璃管套住熔接点和腐蚀处，然后在玻璃管两侧用胶和光纤固定。设计金属底座，整个底座的外部尺寸可设计为10cm×1.6cm，两个固定螺丝与水冷板固定，上有光纤槽，宽度可设计为2mm，设计四个金属夹具安装位，千瓦级高功率全光纤激光器在经过包层光剥离器后，大约残余1W左右的的包层光，经腐蚀处散射并通过通光孔的光功率一般在百微瓦到百毫瓦量级，激光波段在1μm-2μm波段，因此可选用如InGaAs光电二极管等类似器件作为散射光光电探测器，根据所选用的光电探测器设计金属夹具，在金属夹具上设计相应至少两个光电探测器的安装孔，下部开通光小孔，使散射光能进入光电探测器。并且设计定位孔，使其能固定在金属底座上。将玻璃管和光纤放入金属底座的光纤槽中，用胶固定。把光电传感器和放入金属夹具固定后，安装到金属底座的合适位置，使经腐蚀处散射出的包层光能经过通光孔进入光电探测器中。将光电探测器接入外部测量电路。开始逐步对激光器进行加载，逐步增大供电电流，记下功率计的实数和光电探测器的采样值，在这个过程中，光电探测器应既不饱也不截止，否则重新调整光电探测器的位置。观察数据的线性度良好，即可对光电探测器进行标定。下表为1500W激光器输出功率与光电探测器的采样值：
输出功率(W) 225 446 621 849 1066 1214 1427
采样值 1330 2354 3890 4658 5426 7218 7986
通过图3可以观察到上面数据线性度良好，以上这种装置可以作为高功率光纤激光器的实时功率反馈用。整个装置利用了包层光和纤芯光成强度良好的线性关系，没有增加额外的剥皮点，利用脱羟基玻璃管固定熔接点，解决了传统涂胶方式产生的热传导不良问题，装置安装在剥离器后，靠近激光最后的输出端，能在激光器出现熔毁时较早反馈功率异常，最大限度的保护激光器的内部结构。经反复实验，整个装置能较为准确的反馈激光器输出功率，稳定可靠。

Claims (7)

1.一种高功率光纤激光器功率实时反馈的装置，其特征在于，包括金属底座(107)、与待测激光器连接的双包层光纤(101)、玻璃管(102)、金属夹具(104)、光电探测器(105)；其中
金属底座(107)设置光纤槽，
双包层光纤(101)设有熔接点(103)且该熔接点(103)一侧内包层腐蚀磨砂出磨蚀处(106)，
玻璃管(102)套于熔接点(103)和磨蚀处(106)处，
玻璃管(102)和双包层光纤(101)设置于光纤槽内，
金属夹具(104)设置于金属底座(107)上，
光电探测器(105)设置于金属夹具(104)上且用于探测磨蚀处(106)处泄露的光。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，光电探测器(105)与磨蚀处(106)之间的相对位置满足逐步增加待测激光器的供电电流，光电探测器(105)的响应一直在线性相应区域内，不饱和也不截止。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，金属夹具(104)上设置若干个光电探测器安装孔，光电探测器(105)设置于光电探测器安装孔内。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用氢氟酸腐蚀内包层。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，玻璃管(102)为脱羟基玻璃管。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，金属底座(107)上设置若干个金属夹具安装位，金属夹具(104)设置于金属夹具安装位上。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，金属底座(107)设有光纤槽端面的相对端面设置水冷装置。
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