CN108398244B - 一种基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，包括刻有倾斜光栅的光纤、1#光电探测器、2#光电探测器、1#偏振片、2#偏振片、信号处理器、耦合光纤以及光谱仪，刻有倾斜光栅的光纤的输入端与待测激光器输出尾纤熔接；通过刻有倾斜光栅的光纤中的倾斜光栅可以将光纤内传输的激光以一定比例经倾斜光栅反射光输出面反射到光纤外侧，通过光电探测器等探测反射到光纤外侧的倾斜光栅反射光的特性，比如功率、光谱、偏振，即可反应出当前光纤内激光的各种参数。该方案可在高功率光纤激光器的工作过程中进行实时监测，无需在激光输出端进行分光监测，系统结构简单实用。

Description

一种基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置

技术领域

本发明属于光纤激光技术领域，尤其是涉及一种光纤激光参数实时测量装置。

背景技术

光纤激光具有转换效率高、光束质量好、操作简单、性能稳定等优势。目前已在工业加工、科学研究、国防医疗等领域获得广泛应用。

在某些应用场景中，当光纤激光器工作时需要实时监测输出激光的功率、光谱、偏振态等光学参数。目前通常采用空间分光镜或者光纤分束器分光方式获得小部分光能量以实现光学参数的实时监测。

上述两种方案在实现多参量测量时存在系统复杂、稳定性差等缺点。为此，亟需设计一种结构简单、稳定并且能够实现多参数同时测量的装置。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种基于倾斜光纤光栅的光学参数实时测量装置，本装置可在光纤激光器工作过程中实时监测激光器的功率、光谱、偏振态等三个参数，无需在激光输出端搭建分光光路，可有效简化光纤激光器参数测量装置结构，提升其稳定性。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种基于倾斜光纤光栅的光学参数实时测量装置，包括刻有倾斜光栅的光纤、1#光电探测器、2#光电探测器、1#偏振片、2#偏振片、信号处理器、耦合光纤以及光谱仪，刻有倾斜光栅的光纤的输入端与待测激光器输出尾纤熔接。

1#光电探测器、2#光电探测器的感光面在同一平面上，两个探测器分别探测两个不同偏振态的激光能量。1#光电探测器、2#光电探测器其感光面前方分别设置有1#偏振片、2#偏振片。1#偏振片和2#偏振片偏振方向相互垂直。1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤其各自接收激光的一端均正对刻有倾斜光栅的光纤的倾斜光栅反射光输出面，倾斜光栅反射光能够有效覆盖1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤其各自接收激光的一端端面，1#光电探测器、2#光电探测器其输出信号线连接到信号处理器，耦合光纤的输出激光的一端连接到光谱仪。本发明中：两个探测器的感光面在同一平面上，两个探测器分别探测两个不同偏振态的激光能量，据此计算出当前传输激光的偏振态。

本发明中，所述刻有倾斜光栅的光纤中的倾斜光栅用于反射出光纤中传输的少量激光，使其由倾斜光栅反射光输出面反射输出。该光纤可采用普通商用光纤(如20/400双包层光纤、6/125单模光纤等)进行倾斜光栅刻写，其光纤型号由用户根据待测光纤激光器输出尾纤型号确定或在输出尾纤上直接刻写倾斜光栅。倾斜光栅的反射波长为待测光纤激光器输出激光波长，倾斜光栅反射的光功率能够满足1#光电探测器、2#光电探测器和光谱仪的动态响应范围要求。本发明中1#光电探测器、2#光电探测器的型号完全相同，感光面位于同一平面上。刻有倾斜光栅的光纤是通过在光纤上进行倾斜光栅刻写而成，在光纤上刻写倾斜光栅时需确保倾斜光栅反射光与光纤间夹角大于30度。

本发明中，还包括机械固定架，刻有倾斜光栅的光纤、1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤均通过机械固定架支撑定位。机械固定架可采用普通金属材料加工制作，机械固定架可以是同时固定有刻有倾斜光栅的光纤、1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤的一个架体，也可以是分别固定有刻有倾斜光栅的光纤、1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤的多个架体，其形式和具体的结构不限。

本发明中，1#光电探测器、2#光电探测器的型号完全相同，可采用商用光电探测器如采用日本Kyosemi公司的KPDE030型光电探测器，能够响应待测光纤激光器的输出激光波长。

本发明中，1#偏振片、2#偏振片采用商用偏振片如采用Edmund公司的J66-180型偏振片，1#偏振片、2#偏振片两者偏振方向相互垂直，可以同时测量两个相互垂直偏振态的功率，根据两个偏振态的功率可计算得到最终激光的偏振态方向。

所述信号处理器采用商用数据采集及处理板卡，具备输入两路模拟信号及可编程功能。

所述耦合光纤可采用商用单模或多模光纤，耦合光纤的输出激光的一端与光谱仪相连接，耦合光纤的接收激光的一端的端面为平面，便于激光耦合。

所述光谱仪采用商用光谱仪，其响应波长范围及分辨率根据用户需求设置。

本发明提供了一种基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量方案，通过刻有倾斜光栅的光纤中的倾斜光栅可以将光纤内传输的激光以一定比例经倾斜光栅反射光输出面反射到光纤外侧，通过光电探测器等探测反射到光纤外侧的光特性(比如功率、光谱、偏振)，即可反应出当前光纤内激光的各种参数。该方案可在高功率光纤激光器工作过程中进行实时监测，无需在激光输出端进行分光监测，系统结构简单。

相对于现有技术，本发明产生了以下有益技术效果：

本发明提供了一种高功率光纤激光参数在线实时测量装置，通过该装置可在不影响光纤激光器正常工作的情况下实现激光器一个或多个关键参数的测量，操作简单、结构稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1、刻有倾斜光栅2的光纤；2、倾斜光栅；3、1#偏振片；4、2#偏振片；5、倾斜光栅反射光；6、传输激光；7、1#光电探测器；8、2#光电探测器；9、信号处理器；10、耦合光纤；11、光谱仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例图中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，做进一步详细说明，但不依此限定本发明的保护范围。

图1为本发明一种基于倾斜光纤光栅的光学参数实时测量装置的结构示意图，包括刻有倾斜光栅2的光纤1、1#光电探测器7、2#光电探测器8、1#偏振片3、2#偏振片4、信号处理器9、耦合光纤10以及光谱仪11，刻有倾斜光栅2的光纤1的输入端与待测激光器输出尾纤熔接，待测激光器输出的传输激光6从刻有倾斜光栅的光纤1的输入端输入，经刻有倾斜光栅的光纤1传输。

1#光电探测器7、2#光电探测器8其感光面前方分别设置有1#偏振片3、2#偏振片4，1#偏振片3和2#偏振片4偏振方向相互垂直。1#光电探测器7、2#光电探测器8以及耦合光纤10其各自接收激光的一端均正对刻有倾斜光栅2的光纤1的倾斜光栅反射光输出面，刻有倾斜光栅的光纤1的倾斜光栅反射光5能够有效覆盖1#光电探测器7、2#光电探测器8(两个光电探测器的感光面在同一平面上，两个光电探测器分别探测两个不同偏振态的激光能量，据此计算出当前传输激光的偏振态)以及耦合光纤10其各自接收激光的一端端面，1#光电探测器7、2#光电探测器8其输出信号线连接到信号处理器9，耦合光纤10的输出激光的一端连接到光谱仪11。

本发明中，所述刻有倾斜光栅的光纤1中的倾斜光栅2用于反射光纤1中传输的激光，使其由倾斜光栅反射光输出面反射出光纤(即倾斜光栅反射光5)，该光纤1采用普通商用光纤进行倾斜光栅刻写，其光纤型号由用户根据待测光纤激光器输出尾纤型号进行确定或在输出尾纤上直接刻写倾斜光栅，刻有倾斜光栅的光纤的光栅反射波长为待测光纤激光器输出激光波长，倾斜光栅反射的光功率能够满足1#光电探测器、2#光电探测器和光谱仪的动态响应范围要求。在光纤上刻写倾斜光栅时需确保倾斜光栅反射光与光纤间夹角大于30度。

本发明中，1#光电探测器7、2#光电探测器8的型号完全相同，可采用商用光电探测器，能够响应待测光纤激光器的输出激光波长。

本发明中，1#偏振片3、2#偏振片4采用商用偏振片，两者偏振方向相互垂直。

所述信号处理器9采用商用数据采集及处理板卡，具备输入两路模拟信号及可编程功能。

所述耦合光纤10可采用商用单模或多模光纤，耦合光纤的输出激光的一端与光谱仪相连接，耦合光纤的接收激光的一端的端面为平面，便于激光耦合。

所述光谱仪11采用商用光谱仪，其响应波长范围及分辨率根据用户需求设置。

本发明的工作过程如下：

第一步，将本发明的刻有倾斜光栅2的光纤1的输入端与待测激光器输出尾纤熔接，刻有倾斜光栅的光纤1的输出端与输出准直器尾纤熔接。

第二步，1#光电探测器7、2#光电探测器8、信号处理器9和光谱仪11上电并处于待机状态；

第三步，待测激光器输出激光，待测激光器输出的传输激光6从刻有倾斜光栅的光纤1的输入端输入，经刻有倾斜光栅的光纤1传输。此时信号处理器9将输出待测激光器的功率及偏振状态，光谱仪11将输出待测激光器的光谱信息。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：包括刻有倾斜光栅的光纤、1#光电探测器、2#光电探测器、1#偏振片、2#偏振片、信号处理器、耦合光纤以及光谱仪，刻有倾斜光栅的光纤的输入端与待测激光器输出尾纤熔接；

1#光电探测器、2#光电探测器的感光面在同一平面上，两个探测器分别探测两个不同偏振态的激光能量，1#光电探测器、2#光电探测器其感光面前方分别设置有1#偏振片、2#偏振片，1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤其各自接收激光的一端均正对刻有倾斜光栅的光纤的倾斜光栅反射光输出面，倾斜光栅反射光能够有效覆盖1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤其各自接收激光的一端端面，1#光电探测器、2#光电探测器其输出信号线连接到信号处理器，耦合光纤的输出激光的一端连接到光谱仪。

2.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：1#光电探测器、2#光电探测器的型号完全相同，1#光电探测器、2#光电探测器能够响应待测光纤激光器的输出激光波长。

3.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：1#偏振片和2#偏振片偏振方向相互垂直，能够同时测量两个相互垂直偏振态的功率，根据两个偏振态的功率可计算得到最终激光的偏振态方向。

4.根据权利要求2或3所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：所述刻有倾斜光栅的光纤中的倾斜光栅用于反射光纤中传输的少量激光，使其由倾斜光栅反射光输出面反射输出。

5.根据权利要求4所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：倾斜光栅的反射波长为待测光纤激光器输出激光波长，倾斜光栅反射的光功率能够满足1#光电探测器、2#光电探测器和光谱仪的动态响应范围要求。

6.根据权利要求5所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：刻有倾斜光栅的光纤是通过在光纤上进行倾斜光栅刻写而成，在光纤上刻写倾斜光栅时需确保倾斜光栅反射光与光纤间夹角大于30度。

7.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：还包括机械固定架，刻有倾斜光栅的光纤、1#光电探测器、2#光电探测器以及耦合光纤均通过机械固定架支撑定位。

8.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：1#光电探测器、2#光电探测器采用日本Kyosemi公司的KPDE030型光电探测器。

9.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：1#偏振片、2#偏振片采用Edmund公司的J66-180型偏振片。

10.根据权利要求1所述的基于倾斜光纤光栅的光纤激光参数实时测量装置，其特征在于：所述耦合光纤采用单模或多模光纤，耦合光纤的接收激光的一端的端面为平面。