CN109244816B - 一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法 - Google Patents

一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法，该装置包括：输入光纤、输出光纤、激光器和功率传感器，输入光纤和输出光纤熔接，激光器和功率传感器分别与输入光纤连接。本发明提供了一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法，根据监控光纤合束器内输入光纤和输出光纤的熔接点反射光、输出光纤端面的反射光以及加工件表面的反射光分别进入功率传感器的激光的功率，从而监控激光器的发射情况。当功率传感器监测不到任何反射光时，则说明激光器内部出现故障，无法正常出光；当功率传感器监测到的反射光功率过高时，说明激光器发射的激光的功率过大，此时应该及时关闭激光器，防止光纤合束器发生损坏。

Description

一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法
技术领域
本发明实施例涉及光纤合束器领域，尤其涉及一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法。
背景技术
光纤激光器具有体积小、集成度高、工作稳定等优点。在精细化加工中，光纤激光器输出功率对加工效果有着关键性的影响。在高功率激光应用中，包层反射光可能直接损伤激光器内部关键器件。因此，如何监控光纤激光器实时输出激光功率，如何监控反射光是否超过阈值，是高功率光纤激光器应用中关键技术要求。
光纤合束器是高功率光纤激光器的关键光纤器件之一，是提高光纤激光器输出功率最直接的办法。目前由于激光泵浦结构、光纤承受功率等原因，单模光纤激光器的最高输出仅能达到千瓦至万瓦级别。为了得到输出更高的激光输出功率，可将将多束激光同时输入光纤合束器，将可达到十万瓦级高功率激光功率的输出。为了承受如此高功率的激光输出，对光纤合束器的可靠性提出了更高标准的要求。
因此，通过监控光纤合束器中的功率输出，从而对高功率光纤激光器的功率输出进行监控，是目前缺乏的针对高功率光纤激光器的功率输出进行监控的方法。
发明内容
为了解决目前缺乏通过监控光纤合束器中的功率输出，从而对高功率光纤激光器的功率输出进行监控的方法，一方面，本发明实施例提供了一种带功率监控装置的光纤合束器，包括：输入光纤、输出光纤和功率传感器，输入光纤和输出光纤熔接，激光器和功率传感器分别与输入光纤连接。
另一方面，本发明实施例还提供了一种光纤合束器的功率监控方法，包括：
通过第二反馈光的功率获取激光器发射的激光穿过熔接点之后的功率，第二反馈光为激光器发射的激光穿过熔接点之后，在输出光纤的端面反射，并穿过熔接点进入功率传感器的激光。
优选地，第二反馈光的功率与激光器发射的激光穿过熔接点之后的激光的功率的关系为：
其中，Pm为第二反馈光的功率，P0为激光器发射的激光穿过熔接点之后的激光的功率，n1为输入光纤的纤芯的折射率，n2为输出光纤的纤芯的折射率，A为输出光纤的传输损耗率；k为光纤合束器的分光比。
本发明实施例提供了一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法，根据监控激光器发射的激光在光纤合束器内输出光纤端面的反射光进入功率传感器的激光的功率，从而监控激光器的发射情况。当功率传感器监测不到任何反射光时，则说明激光器内部出现故障，无法正常出光；当功率传感器监测到的反射光功率过高时，说明激光器发射的激光的功率过大，此时应该及时关闭激光器，防止光纤合束器发生损坏。
附图说明
图1为根据本发明一个优选实施方式的一种带功率监控装置的光纤合束器的结构示意图；
图2为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率监控方法的光路示意图；
图3为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率监控方法的光路示意图；
图4为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率监控方法的光路示意图；
图5为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
通过监控光纤合束器中的功率输出，从而对高功率光纤激光器的功率输出进行监控，是目前缺乏的针对高功率光纤激光器的功率输出进行监控的方法。
图1为根据本发明一个优选实施方式的一种带功率监控装置的光纤合束器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种带功率监控装置的光纤合束器，包括：输入光纤1、输出光纤2和功率传感器3，输入光纤1和输出光纤2熔接，激光器4和功率传感器3分别与输入光纤1连接。
具体地，输入光纤1与输出光纤2熔接，封装制作成光纤合束器，将激光器4和功率传感器3分别与输入光纤1连接，激光器4通过光纤合束器发射激光，激光器发射的激光经过输入光纤1和输出光纤2传输；通过功率传感器3对激光器4发射的激光进行监控，即对激光器4发射的激光在输入光纤1与输出光纤2的熔接点处的反射光、在输出光纤2的端面的反射光以及穿过输出光纤2在加工件表面的反射光传入功率传感器3的激光的功率进行监测，从而判断激光器4的发射情况，及时调整激光器4的发射状态，防止光纤合束器损坏。
进一步地，将一根输入光纤1与功率传感器3连接，将其他根输入光纤1与激光器4连接，从而使功率传感器3和激光器4分别与输入光纤1连接。
基于上述实施例，图5为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率传感器的结构示意图，如图5所示，功率传感器3包括传感器尾纤51、准直透镜52、功率探头53和封装壳体54。其中，传感器尾纤51和与功率传感器3相连的一根输入光纤1相连，激光可由输入光纤1耦合到传感器尾纤51中。传感器尾纤51的端面位于准直透镜52的焦点上，这样传感器尾纤51的端面射出的光束以平行光的形式照射到功率探头53的表面。传感器尾纤51的端面、准直透镜52和功率探头53一起封装于封装壳体54的内部，保证功率传感器3的结构的稳定性和洁净度。
其中，准直透镜52与一根输入光纤1的截面平行。
具体地，准直透镜52的焦点落在传感器尾纤51的端面上，以保证从与功率传感器3的一根输入光纤1传入功率传感器3的激光能完全传递到功率传感器3的功率探头53的感光面上，从而保证功率传感器3准确监控传入其功率探头53内的激光的功率。
图2为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率监控方法的光路示意图，如图2所示，本发明实施例提供了一种光纤合束器的功率监控方法，该方法包括：
通过第一反馈光22的功率获取激光器4的输出功率，第一反馈光22为激光器4发射的激光21在输入光纤1和输出光纤2熔接点处反射进入功率传感器3的光。
进一步地，第一反馈光22的输出功率与激光器4的输出功率的比值为：
其中，R为第一反馈光22的功率与激光器4的输出功率的比值，n1为输入光纤1的纤芯的折射率，n2为输出光纤2的纤芯的折射率。
一般地，输入光纤1的纤芯的折射率和输出光纤2的纤芯的折射率非常接近，因此输入光纤1和输出光纤2的熔接点处的反射光可以忽略，因此第一反馈光22几乎可以忽略。
图3为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率监控方法的光路示意图，如图3所示，该光纤合束器的功率监控方法还包括：
通过第二反馈光34的功率获取激光器4发射的激光穿过熔接点之后的功率，第二反馈光34为激光器4发射的激光21穿过熔接点之后的激光23，在输出光纤2的端面反射后的激光33，并穿过熔接点进入功率传感器3的激光34。
进一步地，第二反馈光34的功率与激光器4发射的激光21穿过熔接点之后的激光23的功率的关系为：
其中，Pm为第二反馈光34的功率，P0为激光器4发射的激光21穿过熔接点之后的激光23的功率，n1为输入光纤1的纤芯的折射率，n2为输出光纤2的纤芯的折射率，A为输出光纤2的传输损耗率；k为光纤合束器的分光比。
具体地，光纤合束器的输出光纤2的端面一般会镀高透膜等处理，以增加输出光纤2的端面的激光透过率。因此，激光器发射的激光21穿过熔接点之后的激光23，在输出光纤2的端面的反射光33的功率为:
其中，P1为输出光纤2的端面的反射光33的功率，P0为激光器4发射的激光21穿过熔接点之后的激光23的功率，n1为输入光纤1的纤芯的折射率，n2为输出光纤2的纤芯的折射率。
进一步地，反射光33经过输出光纤2传输时存在一定的传输损耗，因此，反射光33到达熔接点端面时的激光的功率为：
其中，P2为输出光纤2的端面的反射光33到达溶接点端面时的激光的功率，P0为激光器4发射的激光21穿过熔接点之后的激光23的功率，n1为输入光纤1的纤芯的折射率，n2为输出光纤2的纤芯的折射率，A为输出光纤2的传输损耗率。
进一步地，根据光线合束器的输入光纤1的根数n，能进入功率传感器3的激光34的功率为：
其中，Pm为第二反馈光34的功率，P0为激光器4发射的激光21穿过熔接点之后的激光23的功率，n1为输入光纤1的纤芯的折射率，n2为输出光纤2的纤芯的折射率，A为输出光纤2的传输损耗率；k为光纤合束器的分光比。
由第二反馈光34的功率的大小，能得知激光器4发射激光的功率的大小，当功率传感器3监测不到任何反射光时，则说明激光器4内部出现故障，无法正常出光；当功率传感器3监测到的反射光功率过高时，说明激光器4发射的激光的功率过大，此时应该及时关闭激光器4，防止光纤合束器发生损坏。
图4为根据本发明一个优选实施方式的一种光纤合束器的功率监控方法的光路示意图，如图4所示，该光纤合束器的功率监控方法还包括：
通过第三反馈光43的功率获取加工件表面反射至激光器4的内部的反射光41的功率，第三反馈光43为激光器4发射的激光21穿过输出光纤2之后在加工件表面的反射光41进入功率传感器3的内部的激光。另外，激光42为激光器4发射的激光21穿过输出光纤2之后在加工件表面的反射光41穿过熔接点端面的激光。
进一步地，第三反馈光43的功率和加工件表面反射至激光器4的内部的反射光41的功率的关系为：
Pn＝PI*10A/10*k
其中，Pn为第三反馈光43的功率，PI为加工件表面反射至激光器4的反射光41的功率，A为输出光纤2的传输损耗率；k为光纤合束器的分光比。
由第三反馈光43的功率能得知加工件表面反射至激光器4的反射光的功率，由此能得知加工件表面反射至激光器4中的激光的功率大小，防止因加工件表面反射至激光器4中的激光的功率过大，烧坏激光器4，从而使得光纤合束器失去作用。
本发明实施例提供了一种带功率监控装置的光纤合束器及其功率监控方法，根据监控光纤合束器内输入光纤和输出光纤的熔接点反射光、输出光纤的端面的反射光以及加工件表面的反射光分别进入功率传感器的激光的功率，从而监控激光器的发射情况。当功率传感器监测不到任何反射光时，则说明激光器内部出现故障，无法正常出光；当功率传感器监测到的反射光功率过高时，说明激光器发射的激光的功率过大，此时应该及时关闭激光器，防止光纤合束器发生损坏。同时，还能防止因加工件表面反射至激光器中的激光的功率过大，烧坏激光器。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带功率监控装置的光纤合束器，其特征在于，包括：输入光纤、输出光纤和功率传感器，所述输入光纤和所述输出光纤熔接，激光器和所述功率传感器分别与所述输入光纤连接；
通过所述功率传感器对激光器发射的激光进行监控，即对所述激光器发射的激光在所述输入光纤与所述输出光纤的熔接点处的反射光、在所述输出光纤的端面的反射光以及穿过所述输出光纤在加工件表面的反射光传入所述功率传感器的激光的功率进行监测。
2.根据权利要求1所述的一种带功率监控装置的光纤合束器，其特征在于，一根所述输入光纤与所述功率传感器连接，其他所述输入光纤与所述激光器连接。
3.根据权利要求2所述的一种带功率监控装置的光纤合束器，其特征在于，所述功率传感器包括功率探头、准直透镜和传感器尾纤，所述准直透镜设于所述功率探头与所述传感器尾纤之间，所述传感器尾纤的端面位于所述准直透镜的焦点上，所述传感器尾纤与一根所述输入光纤相连。
4.一种光纤合束器的功率监控方法，其特征在于，包括：
通过第一反馈光的功率获取激光器的输出功率，所述第一反馈光为所述激光器发射的激光在输入光纤和输出光纤熔接点处反射进入功率传感器的激光；
通过第二反馈光的功率获取激光器发射的激光穿过熔接点之后的功率，所述第二反馈光为所述激光器发射的激光穿过所述熔接点之后，在输出光纤的端面反射，并穿过所述熔接点进入所述功率传感器的激光；
通过第三反馈光的功率获取加工件表面反射至所述激光器的反射光的功率，所述第三反馈光为激光器发射的激光穿过所述输出光纤之后在加工件表面的反射光进入所述功率传感器的激光。
5.根据权利要求4所述的一种光纤合束器的功率监控方法，其特征在于，所述第二反馈光的功率与所述激光器发射的激光穿过所述熔接点之后的激光的功率的关系为：
其中，Pm为第二反馈光的功率，P0为激光器发射的激光穿过熔接点之后的激光的功率，n1为输入光纤的纤芯的折射率，n2为输出光纤的纤芯的折射率，A为输出光纤的传输损耗率；k为光纤合束器的分光比。
6.根据权利要求4所述的一种光纤合束器的功率监控方法，其特征在于，所述第三反馈光的功率和所述加工件表面反射至所述激光器的反射光的功率的关系为：
Pn＝PI*10A/10*k
其中，Pn为第三反馈光的功率，PI为加工件表面反射至所述激光器的反射光的功率，A为输出光纤的传输损耗率；k为光纤合束器的分光比。
7.根据权利要求4所述的一种光纤合束器的功率监控方法，其特征在于，所述第一反馈光的输出功率与所述激光器的输出功率的比值为：
其中，R为第一反馈光的功率与所述激光器的输出功率的比值，n1为输入光纤的纤芯的折射率，n2为输出光纤的纤芯的折射率。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110323660B (zh) * 2019-07-04 2021-04-20 江苏亨通光纤科技有限公司 一种抗返回光全光纤器件
TWI758923B (zh) 2020-10-27 2022-03-21 財團法人工業技術研究院 雷射檢測系統
CN117433631B (zh) * 2023-12-20 2024-03-12 四川中久大光科技有限公司 光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101673921A (zh) * 2009-03-26 2010-03-17 高培良 可调谐激光器系统
CN102354055A (zh) * 2011-11-08 2012-02-15 上海激光等离子体研究所 用于高功率激光装置的光路准直集成装置及准直方法
CN205070149U (zh) * 2015-10-21 2016-03-02 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种具有反馈监控功能的光纤激光器
CN107631796A (zh) * 2017-09-04 2018-01-26 华中科技大学 一种光纤辐照监测装置及监测方法
CN108594373A (zh) * 2018-05-02 2018-09-28 中国人民解放军国防科技大学 插拔式高功率光纤激光合束系统

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9389378B2 (en) * 2014-02-03 2016-07-12 Luxtera, Inc. Method and system for optical power monitoring of a light source assembly coupled to a silicon photonically-enabled integrated circuit
JP5873541B1 (ja) * 2014-10-06 2016-03-01 株式会社フジクラ 光パワーモニタ装置および光パワーモニタ方法
US9535218B1 (en) * 2015-12-16 2017-01-03 Agiltron, Inc Fiber optics fiber inline tap monitoring
US20180039023A1 (en) * 2016-08-02 2018-02-08 Dicon Fiberoptics, Inc. Techniques for Reducing Polarization, Wavelength and Temperature Dependent Loss, and Wavelength Passband Width in Fiberoptic Components

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101673921A (zh) * 2009-03-26 2010-03-17 高培良 可调谐激光器系统
CN102354055A (zh) * 2011-11-08 2012-02-15 上海激光等离子体研究所 用于高功率激光装置的光路准直集成装置及准直方法
CN205070149U (zh) * 2015-10-21 2016-03-02 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 一种具有反馈监控功能的光纤激光器
CN107631796A (zh) * 2017-09-04 2018-01-26 华中科技大学 一种光纤辐照监测装置及监测方法
CN108594373A (zh) * 2018-05-02 2018-09-28 中国人民解放军国防科技大学 插拔式高功率光纤激光合束系统

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