CN109323850A - 光纤激光器散射光探测装置及激光功率校准和反馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤激光器散射光探测装置及激光功率校准和反馈方法。光纤激光器散射光探测装置包括：夹具，内部中空，并罩设于输出光纤上；光电探测器，设于所述夹具内，且所述光电探测器的光敏面朝向所述输出光纤；包层光剥离装置，设于所述输出光纤上，并与夹具间隔，且用于防止包层光对所述光电探测器的监测信号的干扰。这种光纤激光器散射光探测装置，能有效的监测光纤激光器输出功率值，以便在光纤激光器输出功率衰减时增加光纤激光器的驱动电流，或在光纤激光器输出功率超出限值时关闭光纤激光器。

Description

光纤激光器散射光探测装置及激光功率校准和反馈方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器的技术领域，特别是涉及光纤激光器散射光探测装置以及激光功率校准和反馈方法。

背景技术

高功率光纤激光器由于LD半导体激光器泵浦源等原因，随着使用时间的增加，会出现输出功率衰减的情况。并且，在某些极限应用情况下，高功率激光器内部会出现光纤烧毁的情况。

高功率光纤激光器输出功率衰减会直接影响切割焊接等应用效果，而高功率激光器如果内部出现光纤烧毁，却不及时切断驱动电流，则会极大的影响激光器的安全性和可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对光纤激光器输出功率衰减或超出限值的问题，提供一种能有效的监测光纤激光器输出功率值，以便在光纤激光器输出功率衰减时增加光纤激光器的驱动电流，或在光纤激光器输出功率超出限值时关闭光纤激光器的光纤激光器散射光探测装置，以及利用该光纤激光器散射光探测装置进行监测的激光功率校准和反馈方法。

一种光纤激光器散射光探测装置，包括：

夹具，所述夹具内部中空，并罩设于输出光纤上；

光电探测器，所述光电探测器设于所述夹具内，且所述光电探测器的光敏面朝向所述输出光纤；

包层光剥离装置，所述包层光剥离装置设于所述输出光纤上，并与所述夹具间隔，且所述包层光剥离装置用于防止包层光对所述光电探测器的监测信号的干扰。

上述光纤激光器散射光探测装置，由夹具罩设于输出光纤的某一位置，并通过光电探测器对输出光纤进行探测，光电探测器的监测信号经处理后，与光纤激光器的输出功率对应拟合校准。且包层光剥离装置能保证光电探测器的监测信号不受干扰，监测更加精准。如果光电探测器的监测信号值低于光纤激光器输出功率的标准值，则判断为光纤激光器输出功率衰减，需要增加光纤激光器的驱动电流，使光电探测器的监测信号值返回标准值。如果光电探测器的监测信号值超出光纤激光器输出功率的最大值或低于光纤激光器输出功率的最小值，则会关闭光纤激光器，避免烧毁光纤激光器。通过上述设置可提升光纤激光器的稳定性和可靠性。

在其中一个实施例中，所述夹具为内部中空的盒体，所述光电探测器设于所述盒体的顶部，且所述光电探测器的探测头伸入所述盒体的内部，所述盒体的底部设有敞口，所述盒体的底部与所述输出光纤抵接，且所述敞口与所述输出光纤相对。将夹具设置成盒体，能使得夹具对输出光纤的某个监测位置形成监测空间的效果更好，保证光电探测器的监测更加精准。

在其中一个实施例中，所述盒体的底部设有缺口，所述夹具通过所述缺口与所述输出光纤抵接。使得盒体的底部与输出光纤抵接设置更加稳定。

在其中一个实施例中，还包括不透明密封件，所述不透明密封件盖设在所述缺口上并对所述缺口内的所述输出光纤进行密封。不透明密封件可以有效防止外部散射光进入夹具内，影响光电探测器的监测效果。

在其中一个实施例中，所述夹具为不透明的盒体。不透明的盒体能为光电探测器提供良好的被测环境，避免外部散射光进入盒体内影响监测信号的精确性。

在其中一个实施例中，所述包层光剥离装置包括第一包层光剥离器和第二包层光剥离器，所述第一包层光剥离器和所述第二包层光剥离器设于所述输出光纤上，并分别位于所述光电探测器的两侧。防止光电探测器的监测信号受干扰的效果更好。

本发明还提出了一种激光功率校准和反馈方法，包括以下步骤：

将如上所述的光纤激光器散射光探测装置放置于输出光纤上；

通过光电探测器对夹具内的输出光纤的光强进行监测，并将监测信号与光纤激光器的输出功率拟合校准；

当光电探测器的监测信号超过光纤激光器输出功率的最大限值时，关闭光纤激光器；

当光电探测器的监测信号低于光纤激光器输出功率的最小限值时，关闭光纤激光器。

上述激光功率校准和反馈方法，能通过光电探测器对输出光纤的光强有效监测，并将光电探测器的监测信号与光纤激光器的输出功率拟合校准，以判断光纤激光器输出功率是否衰减或超出限值。如果光纤激光器输出功率超出最大限值或低于最小限值，则需要关闭光纤激光器。

在其中一个实施例中，还设置反馈阈值，并根据光电探测器的监测信号与反馈阈值的对比来控制光纤激光器的输出功率，当光电探测器的监测信号下降至反馈阈值时，增加光纤激光器的驱动电流，使监测信号回升至标准值，若光纤激光器的驱动电流达到光纤激光器的最大输出电流，则停止增加光纤激光器的驱动电流。通过反馈阈值和光电探测器的监测信号的对比，能有效的监测输出光纤是否超出或低于光纤激光器输出功率的限值，当监测到光纤激光器的输出功率低于反馈阈值后，可以通过功率反馈系统有效的补偿，增加光纤激光器的驱动电流，使光纤激光器的输出功率返回到标准值。

在其中一个实施例中，当光电探测器的监测信号超过光纤激光器输出功率的最大限值时，或当光电探测器的监测信号低于光纤激光器输出功率的最小限值时，还发出报警信号。

在其中一个实施例中，当光电探测器的监测信号下降为零时，发出报警信号并关闭光纤激光器。

附图说明

图1为本发明光纤激光器散射光探测装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明激光功率校准和反馈方法一实施例的步骤流程图；

图3为图2所示激光功率校准和反馈方法中对激光功率补偿的步骤流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、夹具；20、光电探测器；30、输出光纤；40、缺口；52、第一包层光剥离器；54、第二包层光剥离器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1，在一实施例中，光纤激光器散射光探测装置，包括：夹具10、光电探测器20及包层光剥离装置。夹具10的内部中空，并罩设于输出光纤30上。光电探测器20设于夹具10内，且光电探测器20的光敏面朝向输出光纤30。包层光剥离装置设于输出光纤30上，并与光电探测器20间隔设置。需要说明的是，光纤激光器散射光探测装置是设于光纤激光器的输出光纤30的某一位置上，且输出光纤30的该位置的散射光都为输出激光波长。光电探测器20的信号会有规律的随着光纤激光器输出功率的变化而变化。

由夹具10对输出光纤30的某一位置形成监测空间，并通过光电探测器20对输出光纤30的光强进行探测，光电探测器20的监测信号经处理后，与光纤激光器的输出功率对应拟合校准。包层光剥离装置能防止包层光对光电探测器20的监测信号的干扰，使得光电探测器20监测更加精准。如果光电探测器20的监测信号值低于光纤激光器输出功率的标准值，则判断为光纤激光器输出功率衰减，需要增加光纤激光器的驱动电流，使光电探测器20的监测信号值返回标准值。如果光电探测器20的监测信号值超出光纤激光器输出功率的最大值或低于光纤激光器输出功率的最小值，则会关闭光纤激光器，避免烧毁光纤激光器。通过上述设置可提升光纤激光器的稳定性和可靠性。

在一实施方式中，夹具10为内部中空的盒体。光电探测器20设于盒体的顶部，且光电探测器20的探测头伸入盒体的内部，光电探测器20的光敏面与输出光纤30的距离固定。盒体的底部设有敞口，盒体的底部与输出光纤30抵接，且敞口与输出光纤30相对。将夹具10设置成盒体，能使得夹具10对输出光纤30的某个监测位置形成监测空间的效果更好，防止外部的散射光进入夹具10内，影响光电探测器20的监测信号，保证光电探测器20的监测更加精准。

夹具10可以为不透明的盒体。不透明的盒体能为光电探测器20提供良好的被测环境，避免外部散射光进入盒体内影响监测信号的精确性。

为了使得盒体的底部与输出光纤30抵接设置更加稳定，在盒体的底部设有缺口40，夹具10通过缺口40与输出光纤30抵接。考虑到缺口40与输出光纤30之间的抵接效果，还可以设置不透明密封件。不透明密封件盖设在缺口40上并对缺口40内的输出光纤30进行密封，这样可以有效防止外部散射光进入夹具10内，影响光电探测器20的监测效果。并且，不透明密封件可以保持夹具10上的光电探测器20与输出光纤30之间的距离更加稳定。需要说明的是，不透明密封件具体地可以是不透明固定胶，通过不透明固定胶可以使得缺口40与输出光纤30之间密封连接的更好。不透明密封件还可以是不透明的橡胶圈或不透明的硅胶圈等。

夹具10进一步可以是不透明的方形盒体，缺口40为方形盒体两侧边的底部向顶部凹陷形成的弧形缺口，弧形缺口抵接在输出光纤30上，且通过不透明固定胶将缺口40内的输出光纤30进行密封。

在另一实施方式中，包层光剥离装置包括第一包层光剥离器52和第二包层光剥离器54。第一包层光剥离器52和第二包层光剥离器54设于输出光纤30上，并分别位于光电探测器20的两侧。通过第一包层光剥离器52和第二包层光剥离器54能防止光电探测器20的监测信号受干扰的效果更好。第一包层光剥离器52到光电探测器20的距离可以等于第二包层光剥离器54到光电探测器20的距离，使得光电探测器20的抗干扰能力更强。

还包括功率反馈系统，功率反馈系统可以读取光电探测器20的监测信号，并且通过功率反馈系统能设置光电探测器20监测信号的最大限值、最小限值和反馈阈值。功率反馈系统包括输出功率实时监测、功率限值报警和功率补偿三大部分功能。功率反馈系统可以根据光电探测器20的监测信号与反馈阈值的对比来控制光纤激光器的输出功率。功率反馈系统和光电探测器20配合，能有效的监测输出光纤30是否超出或低于光纤激光器输出功率的限值。

请参阅图2，在一实施例中，激光功率校准和反馈方法，包括以下步骤：将如上所述的光纤激光器散射光探测装置放置于输出光纤30的某一位置上；通过光电探测器20对夹具10内的输出光纤30的光强进行监测，监测信号处理后，与光纤激光器的输出功率拟合校准；当光电探测器20的监测信号超过光纤激光器输出功率的最大限值时，关闭光纤激光器；当光电探测器20的监测信号低于光纤激光器输出功率的最小限值时，关闭光纤激光器。

上述激光功率校准和反馈方法，能通过光电探测器20对输出光纤30的光强有效监测，并将光电探测器20的监测信号与光纤激光器的输出功率拟合校准，以判断光纤激光器输出功率是否超出限值。如果光纤激光器输出功率超出最大限值或低于最小限值，则需要关闭光纤激光器。

当光电探测器20的监测信号超过光纤激光器输出功率的最大限值时，功率反馈系统会发出报警信号，并关闭光纤激光器；当光电探测器20的监测信号低于光纤激光器输出功率的最小限值时，功率反馈系统会发出报警信号，并关闭光纤激光器。需要说明的是，上述报警信号分不同级别，其中一个级别的报警信号报警后，不允许光纤激光器再次通电出光。

请参阅图3，在一实施方式中，当光电探测器20监测信号没有下降至反馈阈值时，则光纤激光器正常出光。当光电探测器20监测信号下降至反馈阈值时，通过功率反馈系统增加光纤激光器的驱动电流，以使监测信号回到标准值。在增加光纤激光器的驱动电流时，需判断光纤激光器的驱动电流是否达到光纤激光器的输出电流最大限值。若光纤激光器的驱动电流已达到光纤激光器的输出电流最大限值，则需停止增加光纤激光器的驱动电流。若光纤激光器的驱动电流没有达到光纤激光器的输出电流最大限值，则继续增加光纤激光器的驱动电流至监测信号回到标准值。监测到光纤激光器的输出功率低于反馈阈值后，可以通过功率反馈系统有效的补偿，增加光纤激光器的驱动电流，使光纤激光器的输出功率返回到标准值。

可以理解的是，光纤激光器具有最大输出功率限值和最小输出功率限值，功率反馈系统可以根据光纤激光器的最大输出功率限值设置光电探测器20的监测信号的最大限值，根据光纤激光器的最小输出功率限值设置光电探测器20的监测信号的最小限值。光纤激光器在正常使用时所需的输出功率值为标准值。当光电探测器20的监测信号达到最大限值或最小限值时，功率反馈系统会发出警报信号并关闭光纤激光器。反馈阈值是介于光电探测器20监测信号的最大限值和最小限值之间，并低于光纤激光器输出功率的标准值，用于判断光纤激光器的输出功率是否出现衰减。当光电探测器20的监测信号下降至反馈阈值，功率反馈系统会对光纤激光器的驱动电流进行补偿。

需要说明的是，当输出光纤30出现短路或其他故障时，光电探测器20的监测信号会出现为零的情况，此时，功率反馈系统会发出报警信号并关闭光纤激光器，避免发生事故。

具体地，当光电探测器20的监测信号在一定时间内下降至反馈阈值后，则在一定时间内重复读取监测信号，通过监测信号判断光纤激光器的输出功率确实出现了衰减，并在一定数值范围内稳定。通过功率反馈系统可增加光纤激光器的驱动电流，使监测信号返回标准值。增加驱动电流即功率补偿流程，由外部接口控制命令启动。上述时间范围可由功率反馈系统设定，在此段时间范围内，光电探测器20的监测信号在反馈阈值下相对稳定。光纤激光器的驱动电流最大值，可由功率反馈系统设定，当驱动电流已达到最大值时，停止继续增加驱动电流。

本发明还包括一种光纤激光器，该光纤激光器可应用上述激光功率校准和反馈的方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光纤激光器散射光探测装置，其特征在于，包括：

夹具，所述夹具内部中空，并罩设于输出光纤上；

光电探测器，所述光电探测器设于所述夹具内，且所述光电探测器的光敏面朝向所述输出光纤；

包层光剥离装置，所述包层光剥离装置设于所述输出光纤上，并与所述夹具间隔，且所述包层光剥离装置用于防止包层光对所述光电探测器的监测信号的干扰。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器散射光探测装置，其特征在于，所述夹具为内部中空的盒体，所述光电探测器设于所述盒体的顶部，且所述光电探测器的探测头伸入所述盒体的内部，所述盒体的底部设有敞口，所述盒体的底部与所述输出光纤抵接，且所述敞口与所述输出光纤相对。

3.根据权利要求2所述的光纤激光器散射光探测装置，其特征在于，所述盒体的底部设有缺口，所述夹具通过所述缺口与所述输出光纤抵接。

4.根据权利要求3所述的光纤激光器散射光探测装置，其特征在于，还包括不透明密封件，所述不透明密封件盖设在所述缺口上并对所述缺口内的所述输出光纤进行密封。

5.根据权利要求2所述的光纤激光器散射光探测装置，其特征在于，所述夹具为不透明的盒体。

6.根据权利要求1所述的光纤激光器散射光探测装置，其特征在于，所述包层光剥离装置包括第一包层光剥离器和第二包层光剥离器，所述第一包层光剥离器和所述第二包层光剥离器设于所述输出光纤上，并分别位于所述光电探测器的两侧。

7.一种激光功率校准和反馈方法，其特征在于，包括以下步骤：

将如权利要求1至6任一项所述的光纤激光器散射光探测装置放置于输出光纤上；

通过光电探测器对夹具内的输出光纤的光强进行监测，并将监测信号与光纤激光器的输出功率拟合校准；

当光电探测器的监测信号超过光纤激光器输出功率的最大限值时，关闭光纤激光器；

当光电探测器的监测信号低于光纤激光器输出功率的最小限值时，关闭光纤激光器。

8.根据权利要求7所述的激光功率校准和反馈方法，其特征在于，还设置反馈阈值，并根据光电探测器的监测信号与反馈阈值的对比来控制光纤激光器的输出功率，当光电探测器的监测信号下降至反馈阈值时，增加光纤激光器的驱动电流，使监测信号回升至标准值，若光纤激光器的驱动电流达到光纤激光器的最大输出电流，则停止增加光纤激光器的驱动电流。

9.根据权利要求7所述的激光功率校准和反馈方法，其特征在于，当光电探测器的监测信号超过光纤激光器输出功率的最大限值时，或当光电探测器的监测信号低于光纤激光器输出功率的最小限值时，还发出报警信号。

10.根据权利要求7所述的激光功率校准和反馈方法，其特征在于，当光电探测器的监测信号下降为零时，发出报警信号并关闭光纤激光器。