CN107863674A - 一种实现高功率激光器温度在线监控的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现高功率激光器温度在线监控的方法。本发明包括一个宽带光源、一个环行器、一个2×1的合束器、一个FBG解调仪、一个温度显示模块、一个半导体驱动器、一个976nm的半导体激光器、一个反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅和一个反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅，两个布拉格光纤光栅具有相同的中心波长，为1040nm至1080nm，一段双包层双芯掺镱光纤。本发明通过在双包层双芯掺镱光纤中的一个纤芯处刻写布拉格光栅的这种方法从而实现对高功率激光器温度的在线监控，这种方法具有结构简单、可以达到实时监控的优点。

Description

一种实现高功率激光器温度在线监控的方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，特别涉及了一种基于双包层双芯掺镱光纤的高功率激光器温度在线监控的方法。
背景技术
近年来，随着双包层掺杂光纤的出现，基于双包层掺镱光纤的高功率光纤激光器得到了一定的发展。基于双包层掺镱光纤的高功率光纤激光器以其在结构、效率和光束质量上的优点广泛应用与材料加工、国防军工等领域。随着激光器功率的增加，其温度也会呈现上升的状态，而激光器温度过高时其工作状态会受到不同程度的影响，严重时可能会损坏激光器器件。这使得对高功率激光器温度的监控变得十分重要。
传统的实现高功率激光器温度监控的方法是用温控设备来测量器件外部温度。这种方法的主要缺点是器件的外部温度和内部温度在短时间内很难达到一致，在测量过程中要花费较长的时间来等待器件的内外温度达到平衡，所以该测量方法准确度低并且不具有实时测量的作用。因此，发明一种能对激光器器件内部温度在线监控的方法具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于双包层双芯掺镱光纤的高功率激光器温度在线监控的方法。
本发明的方法包括以下几个步骤：
步骤（1）选择一个宽带光源、一个环行器、一个2×1的合束器、一个FBG解调仪、一个温度显示模块、一个半导体驱动器、一个976nm的半导体激光器（LD)、一个反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅(FBG1)和一个反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅(FBG2)，两个布拉格光纤光栅具有相同的中心波长（1040nm至1080nm）、一段双包层双芯掺镱光纤。以976nm的LD作为激光器的泵浦源，其中的双包层双芯掺镱光纤作为激光器的工作物质，两个FBG作为反射镜构成激光器的谐振腔，双包层双芯掺镱光纤内包层中的纤芯2用以测量光纤内部的温度。
步骤（2）通过用紫外曝光相位掩模板的方法在双包层双芯掺镱光纤的第二纤芯中刻写波长为1550nm的布拉格光栅（FBG3)。
步骤（3）波长为1500nm～1600nm的宽带光源输出端接环行器第一端口；第二环形器端口与合束器的第一端口连接；环行器第三端口与FBG解调仪输入端连接；FBG解调仪与温度显示模块输入端连接；FBG解调仪输出端与LD驱动器连接；LD驱动器与976nm的LD连接；976nmLD的输出端与FBG1(反射率为95%～99%)输入端连接；FBG1的输出端口与2×1的合束器的第二端口连接；合束器输出端口与双包层双芯掺镱光纤的一端连接；双包层掺镱光纤的另外一端与FBG2(反射率为70%～90%)的一端连接。
步骤（4）开启宽带光源，宽带光源发出的光进入环行器第一端口后从环行器第二端口输出，波长为1500nm～1600nm的宽带光通过合束器后进入双包层双芯掺镱光纤的第二纤芯，第二纤芯中刻有波长为1550nm的FBG3，经过FBG3后一部分中心波长为1550nm的信号光原路返回至环行器的第二端口，然后再从环形器的第三端口输出进入FBG解调仪，当第二纤芯的温度变化时其反射谱的谱线会发也会发生变化，然后通过FBG解调仪测量出双包层双芯掺镱光纤的内部温度并且将温度显示在温度显示模块。于此同时，给LD驱动器选择合适的电流（0～20A），开启LD使其输出波长为976nm的泵浦光，泵浦光通过FBG1与合束器后进入双包层双芯掺镱光纤的第一纤芯并且不断在两个FBG处来回振荡进行光放大，从而输出激光。将FBG解调仪和LD驱动器连接，当温度过高时通过FBG解调仪把温度信息反馈给LD驱动器，经过LD驱动器自动切断电源的方法将高功率激光器保持在一个稳定、安全的状态。
本发明采用双包层双芯掺镱光纤，可以在形成激光的同时满足温度实时监控，具有结构简单、操作性强等优点。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为双包层双芯掺镱光纤的结构图；
图3为双包层双芯掺镱光纤的截面图。
具体实施方式
以下结合附图1至图3对本发明作进一步说明。
步骤（1）选择一个波长为1500nm～1600nm的宽度光源1、一个环行器2、一个2×1的合束器3、一个FBG解调仪4、一个温度显示模块5、一个半导体驱动器6、一个976nm的半导体激光器（LD)7、一个反射率为99%的布拉格光纤光栅(FBG1)8和一个反射率为80%的布拉格光纤光栅(FBG2)10，两个布拉格光纤光栅具有相同的中心波长（1064nm）、一段长度为L的双包层双芯掺镱光纤9（外包层14和内包层15）。以976nm的LD作为激光器的泵浦源，双包层双芯掺镱光纤作为激光器的工作物质，两个FBG作为反射镜构成激光器的谐振腔，将双包层双芯掺镱光纤内包层中的纤芯2构成一个温度传感器的传感头用以测量光纤内部的温度。
步骤（2）通过用紫外曝光相位掩模板的方法在双包层双芯掺镱光纤的第二纤芯11上刻写波长为1550nm的布拉格光栅12，为了提高刻写光栅的准确性与便捷性，利用计算机精确控制高精度位移平台的位置、扫描周期和速度，并用显微成像系统观察光纤与掩模板之间的距离。
步骤（3）将波长为1500nm～1600nm的宽带光源输出端与环行器端口2-1连接；环形器端口2-2与合束器的端口3-1连接；环行器端口3-3与FBG解调仪输入端连接；FBG解调仪与温度显示模块输入端连接；FBG解调仪输出端与LD驱动器连接；LD驱动器与976nm的LD连接；将976nmLD的输出端与FBG1(反射率为99%)输入端连接；FBG1的输出端口与2×1的合束器的端口3-2连接；合束器输出端口与双包层双芯掺镱光纤的一端连接；双包层掺镱光纤的另外一端与FBG2(反射率为80%)的一端连接；FBG2的另外一端输出1064nm的激光。
步骤（4）开启宽带光源，宽带光源发出的光进入环行器端口2-1后从环行器端口2-2输出，波长为1500nm～1600nm的宽带光通过合束器后进入双包层双芯掺镱光纤的第二纤芯11，该纤芯中刻有波长为1550nm的布拉格光栅12，经过布拉格光栅12后一部分中心波长为1550nm的信号光原路返回至环行器的端口2-2，然后再从环形器的端口2-3输出进入FBG解调仪，第二纤芯中的温度不同时其反射谱谱线也不同。通过FBG解调仪测量出双包层双芯掺镱光纤的内部温度并且将温度显示在温度显示模块。于此同时，给LD驱动器选择合适的电流（如10A），开启LD使其输出波长为976nm的泵浦光，泵浦光通过FBG1与合束器后进入双包层双芯掺镱光纤的第一纤芯13并且不断在两个FBG处来回振荡进行光放大，从而输出激光。将FBG解调仪和LD驱动器连接，当温度超过设定值时FBG解调仪会产生一个报警信号并且将其反馈给LD驱动器，然后通过LD驱动器自动切断电源的这种方法将高功率激光器保持在一个稳定、安全的状态。
本发明将近年来发展起来的双包层掺杂光纤与双芯光纤结合起来，通过在双包层双芯掺镱光纤中的一个纤芯处刻写布拉格光栅的这种方法从而实现对高功率激光器温度的在线监控，这种方法具有结构简单、可以达到实时监控的优点。

Claims (1)

1.一种实现高功率激光器温度在线监控的方法，其特征在于该方法具体是：
步骤（1）选择一个宽带光源、一个环行器、一个2×1的合束器、一个FBG解调仪、一个温度显示模块、一个半导体驱动器、一个976nm的半导体激光器、一个反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅和一个反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅，两个布拉格光纤光栅具有相同的中心波长，为1040nm至1080nm，一段双包层双芯掺镱光纤；
步骤（2）通过用紫外曝光相位掩模板的方法在双包层双芯掺镱光纤的第二纤芯中刻写波长为1550nm的布拉格光栅；
步骤（3）将波长为1500nm～1600nm的宽带光源输出端接环行器第一端口；环形器第二端口与合束器的第一端口连接；环行器第三端口与FBG解调仪输入端连接；FBG解调仪与温度显示模块输入端连接；FBG解调仪输出端与半导体驱动器连接；半导体驱动器与半导体激光器连接；半导体激光器的输出端与反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅输入端连接，反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅的输出端口与合束器的第二端口连接；合束器输出端口与双包层双芯掺镱光纤的一端连接；双包层掺镱光纤的另外一端与反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅的一端连接；
步骤（4）开启宽带光源，宽带光源发出的光进入环行器第一端口后从环行器第二端口输出，宽带光通过合束器后进入双包层双芯掺镱光纤的第二纤芯，经过波长为1550nm的布拉格光栅后一部分中心波长为1550nm的信号光原路返回至环行器的第二端口，然后再从环形器的第三端口输出进入FBG解调仪，当第二纤芯的温度变化时，其反射谱的谱线会发也会发生变化，然后通过FBG解调仪测量出双包层双芯掺镱光纤的内部温度并且将温度显示在温度显示模块；于此同时，给半导体驱动器选择合适的电流，开启半导体激光器使其输出波长为976nm的泵浦光，泵浦光通过反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅与合束器后进入双包层双芯掺镱光纤的第一纤芯并且不断在反射率为95%～100%的布拉格光纤光栅和反射率为50%～90%的布拉格光纤光栅之间来回振荡进行光放大，从而输出激光；将FBG解调仪和半导体驱动器连接，当温度过高时通过FBG解调仪把温度信息反馈给半导体驱动器，经过半导体驱动器自动切断电源的方式将高功率激光器保持在一个稳定、安全的状态。
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