CN109802292A - 一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统及其反馈方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统及其反馈方法，包括聚焦透镜、光电探测器、耦合接头以及功率计，安装于光闸上。平行光束经过聚焦透镜变成会聚光束，通过调节聚焦透镜的位置，使会聚光束耦合进入耦合接头输入端中，通过传输光纤传输，由耦合接头输出端输出激光。耦合时，在耦合接头的输入端会有散射光生成，光电探测器将散射光信号转化为电信号，通过电信号的反馈可以判断耦合效率的高低。这种光路耦合反馈方法可以使光路耦合调节变得更加快速准确，有助于提高光纤激光器用光闸的耦合效率以及使用便捷性。

Description

一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统及其反馈方法

技术领域

本发明属于光纤激光器用器件领域，具体涉及一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统及其反馈方法。

背景技术

光纤激光器是所有固态激光器之中最稳定和易于使用的，现已成为切割、钻孔和焊接等加工的首选。光纤激光器用光闸可以使某种单一的光纤能量得到放大，使得一台激光器可以成为多个工作单元的功率源，能够明显降低用户的设备成本。除了能够保护传输光纤及激光器之外，光闸还能让用户方便快捷地使用具有不同芯径的操作光纤。随着国内光纤激光器的发展和应用，尤其是高功率光纤激光器的国产化，市场上对于光闸的需求日益加大，目前国际上生产光纤激光器用光闸的公司主要有瑞典的Optoskand和美国的IPG，国内还没有成熟的光闸产品。

现有的空间-光纤耦合技术，大多采用功率计探测输出功率作为耦合的反馈信号，根据输出功率大小对光路进行耦合调节，这种方法需要全程使用功率计探测输出功率值，速度慢，效率低下，且占用空间，不适用于工业加工中，并且随着激光器功率的不断提升，功率计的示数精度降低，无法进一步提高耦合效率，这些问题都需要解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统及其反馈方法，解决了传统耦合反馈中操作效率低下、占用空间和精度不高等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，包括聚焦透镜、光电探测器、耦合接头和功率计；共光轴依次设置聚焦透镜、耦合接头和功率计，其中聚焦透镜位于平行光束的正前方，耦合接头包括依次连接的耦合接头输入端、传输光纤、耦合接头输出端；光电探测器对准耦合接头输入端，聚焦透镜将平行光束会聚，形成会聚光束，会聚光束通过耦合接头输入端，进入传输光纤中，通过耦合接头输出端出射，被功率计吸收。

一种基于光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的反馈方法，方法步骤如下：

步骤1、组装光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，达到预对准状态，转入步骤2；

步骤2、输入激光，观察光电探测器的反馈信号，调节聚焦透镜，使得光电探测器的反馈信号达到最小值，转入步骤3；

步骤3、观察功率计示数，计算光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的耦合效率，如果效率低于理论值，转入步骤1。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）使用端面散射光作为耦合反馈信号，操作方便；（2）光电探测器安装于光闸内部，体积小，成本低，不占用额外空间；（3）当反馈信号大于光闸系统设定的阈值时，激光器自动关闭，有利于保护耦合接头、光闸以及激光器，提高使用安全性；（4）光电探测器灵敏度高，能够对系统调节做出快速响应，使光闸耦合调节更加快速；（5）使用光电探测器的信号作为反馈信号，更加准确，有利于提高光闸的耦合效率。

附图说明

图1为本发明一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的示意图。

图2为本发明传输光纤的端面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1与图2，一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，包括聚焦透镜2、光电探测器4、耦合接头6和功率计7。共光轴依次设置聚焦透镜2、耦合接头6和功率计7，使用夹持器以及螺丝将它们安装固定，其中聚焦透镜2位于平行光束1的正前方，聚焦透镜2中的光学元件表面上镀增透膜，工作波长与入射光波长相对应，且镜片与膜层能承受100瓦至3万瓦功率。

耦合接头6包括依次连接的耦合接头输入端601、传输光纤602、耦合接头输出端603。传输光纤602的光传输结构包括自内向外依次设置的纤芯606、内包层607和外包层608。剥除传输光纤602两端的涂覆层，使用光纤熔接机将耦合接头输入端601与传输光纤602一端熔接形成整体，将耦合接头输出端603与传输光纤602另一端熔接形成整体。在靠近耦合接头输入端601的传输光纤602上，采用含氢氟酸的试剂对传输光纤602的外包层608进行腐蚀，形成输入端腐蚀604，在靠近耦合接头输出端603的传输光纤602上，采用含氢氟酸的试剂对传输光纤602的外包层608进行腐蚀，形成输出端腐蚀605。

聚焦透镜2将平行光束1会聚，形成会聚光束3，会聚光束3通过耦合接头输入端601，进入传输光纤602中，通过耦合接头输出端603出射，被功率计7吸收。使用夹持器固定光电探测器4，使其对准耦合接头输入端601，调整聚焦透镜2和耦合接头输出端603的位置，使得会聚光束3的焦斑位于传输光纤602与耦合接头输入端601的熔接界面上，此时光电探测器4探测到耦合接头输入端601处的端面散射光5，当焦斑完全进入传输光纤602的纤芯606中时，光电探测器4反馈信号最低，当部分焦斑进入内包层607和外包层608中时，反馈信号最高，当焦斑完全进入内包层607和外包层608中时，反馈信号位于最高与最低之间，当光电探测器4的探测信号大于光闸系统设定的阈值时，激光器自动关闭输出。

上述光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的反馈方法，方法步骤如下：

步骤1、使用夹持器和螺丝等机械件组装光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，使会聚光束3入射到传输光纤602与耦合接头输入端601的熔接界面上，聚焦光斑位于纤芯606、内包层607以及外包层608区域内，此时为预对准状态，转入步骤2；

步骤2、激光器输入激光，使用万用表或示波器观察光电探测器4的反馈信号，使用三维调节装置调节聚焦透镜2，使得光电探测器4的反馈信号达到最小值，此时为最佳耦合状态，转入步骤3；

步骤3、观察功率计7的示数得到输出功率，根据激光器的输入功率计算光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的耦合效率，如果耦合效率低于理论值，说明系统不是最佳耦合状态，需重新进行预对准，转入步骤1。

Claims (8)

1.一种光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，其特征在于：包括聚焦透镜（2）、光电探测器（4）、耦合接头（6）和功率计（7）；共光轴依次设置聚焦透镜（2）、耦合接头（6）和功率计（7），其中聚焦透镜（2）位于平行光束（1）的正前方，耦合接头（6）包括依次连接的耦合接头输入端（601）、传输光纤（602）、耦合接头输出端（603）；光电探测器（4）对准耦合接头输入端（601），聚焦透镜（2）将平行光束（1）会聚，形成会聚光束（3），会聚光束（3）通过耦合接头输入端（601），进入传输光纤（602）中，通过耦合接头输出端（603）出射，被功率计（7）吸收。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，其特征是：所述传输光纤（602）的光传输结构包括自内向外依次设置的纤芯（606）、内包层（607）和外包层（608）。

3.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，其特征是：所述耦合接头输入端（601）与传输光纤（602）一端通过熔接形成整体，耦合接头输出端（603）与传输光纤（602）另一端通过熔接形成整体。

4.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，其特征是：靠近耦合接头输入端（601）的传输光纤（602）上，采用含氢氟酸的试剂对传输光纤（602）的外包层（608）进行腐蚀，靠近耦合接头输入端（601）的腐蚀部分形成输入端腐蚀（604），靠近耦合接头输出端（603）的传输光纤（602）上，采用含氢氟酸的试剂对传输光纤（602）的外包层（608）进行腐蚀，靠近耦合接头输出端（603）的腐蚀部分形成输出端腐蚀（605）。

5.根据权利要求4所述的光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，其特征是：所述会聚光束（3）的焦斑位于传输光纤（602）与耦合接头输入端（601）的熔接界面上，光电探测器（4）探测到耦合接头输入端（601）处的端面散射光（5），当焦斑完全进入传输光纤（602）的纤芯（606）中时，光电探测器（4）反馈信号最低，当部分焦斑进入内包层（607）和外包层（608）中时，反馈信号最高，当焦斑完全进入内包层（607）和外包层（608）中时，反馈信号位于最高与最低之间，当光电探测器（4）的探测信号大于光闸系统设定的阈值时，激光器自动关闭输出。

6.根据权利要求1所述的光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，其特征是：所述聚焦透镜（2）中的光学元件表面上镀增透膜，工作波长与入射光波长相对应，且镜片与膜层能承受100瓦至3万瓦功率。

7.一种基于权利要求1-6中任意一项所述的光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的反馈方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、组装光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统，达到预对准状态，转入步骤2；

步骤2、输入激光，观察光电探测器（4）的反馈信号，调节聚焦透镜（2），使得光电探测器（4）的反馈信号达到最小值，转入步骤3；

步骤3、观察功率计（7）示数，计算光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的耦合效率，如果效率低于理论值，转入步骤1。

8.根据权利要求7所述的光纤激光器用光闸的光路耦合反馈系统的反馈方法，其特征在于：步骤1中，达到预对准状态指会聚光束（3）入射到传输光纤（602）与耦合接头输入端（601）的熔接界面上，聚焦光斑位于纤芯（606）、内包层（607）以及外包层（608）区域内。