CN109980494A - 一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于激光加工技术领域，公开了一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置。监控方法包括如下步骤：S1、激光束作用于加工材料，反射包括拉曼光和信号光的返回光；S2、返回光进入光纤激光装置中泵浦合束器的各支路；S3、泵浦合束器的至少其中一支路上通过设置于支路的包层光剥离器将返回光中的拉曼光和信号光剥离并射向探测装置；S4、探测装置检测拉曼光；其中，当探测装置的信号超过预设的报警阈值时，光纤激光装置的控制系统切断光纤激光装置的电源并给出报警信号。本发明提供的一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置，其可实现对光纤激光装置内部的拉曼光进行实时监控，避免出现光纤激光装置内部核心部件烧毁、失效的问题。
Description
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置。
背景技术
随着光纤激光器的应用越来越广泛，激光加工市场上对光纤激光器的功率要求也越来越高，而在实现高功率光纤激光器过程中，不可避免地面临非线性效应的问题。在高功率单腔单模光纤激光器的输出光中通常包含一定比例的拉曼光，随着单腔光纤激光装置功率的上升，拉曼光的比例也会增加。在加工加工材料时，部分拉曼光会以回返光的形式耦合至增益光纤中，参与到基模的模式竞争中，在特定的条件下会被放大。因无法对光纤激光器内部的拉曼光等非线性效应进行实时监控，当拉曼光被放大导致非线性效应放大至超过安全范围时，光纤激光器内部核心部件将会烧毁、失效。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供了一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置，其采用探测装置检测泵浦合束器某一条支路且位于包层光剥离器处的返回光，而探测装置连接于光纤激光装置的控制系统，当探测装置的信号超过预设的报警阈值时，光纤激光装置的控制系统切断激光反射器的电源并给出报警信号，实现对光纤激光装置内部的拉曼光进行实时监控，避免出现光纤激光装置内部核心部件烧毁、失效的问题。
本发明的技术方案是：一种拉曼光的监控方法，所述监控方法包括如下步骤：
S1、由光纤激光装置的激光发射器发射出激光束，该激光束作用于加工材料，并反射包括拉曼光和信号光的返回光；
S2、由所述加工材料反射的返回光进入所述光纤激光装置中泵浦合束器的各支路；
S3、所述泵浦合束器的至少其中一条支路通过设置于所述支路的包层光剥离器将返回光中的拉曼光和信号光剥离并使拉曼光和信号光射向探测装置；
S4、所述探测装置检测拉曼光；
其中，当所述探测装置的信号超过预设的报警阈值时，所述光纤激光装置的控制系统切断所述光纤激光装置的电源并发出报警信号。
可选地，所述加工材料反射的返回光经所述光纤激光装置的加工镜头耦合至所述光纤激光装置内的光纤激光光缆；返回光再从所述光纤激光光缆处沿传输光纤穿透光栅并到达所述泵浦合束器的支路中。
可选地，拉曼光和信号光通过设置于所述包层光剥离器的窗口射向所述探测装置。
可选地，所述报警阈值设置为非线性效应的报警阈值。
本发明还提供了一种光纤激光装置，包括：
激光发射器；
泵浦合束器，连接于所述激光发射器；
探测装置，设置于所述泵浦合束器中支路的一侧且用于检测拉曼光；
包层光剥离器，设置于所述泵浦合束器至少其中一条支路上，且用于将所述支路内返回光中的拉曼光和信号光剥离并使拉曼光和信号光射向所述探测装置。
可选地，所述探测装置为光电探测器。
可选地，所述包层光剥离器设置有多个用于供拉曼光和信号光射向所述探测装置且控制所述包层光剥离器温度的窗口。
可选地，各所述窗口的尺寸设置为相同或不同。
可选地，各所述窗口之间间距设置为相同或不同。
可选地，所述窗口设置有涂覆胶，且设置于不同所述窗口的所述涂覆胶具有不同的折射率。
可选地，所述包层光剥离器连接有散热基座。
可选地，所述包层光剥离器以及所述包层光剥离器前后处的所述支路呈弯曲状。
可选地，所述支路一端连接于所述泵浦合束器，另一端设置有透光管。
可选地，所述透光管处设置有吸收体。
本发明所提供的一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置，其采用探测装置检测泵浦合束器某一条支路且位于包层光剥离器处的返回光，当返回光中的拉曼光放大，则探测装置接收到的返回光增大，即拉曼光被放大导致探测装置的信号超过预设的报警阈值时，光纤激光装置的控制系统切断激光发射器的电源并给出报警信号，实现对光纤激光装置内部的拉曼光行实时监控，避免出现光纤激光装置内部核心部件烧毁、失效的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种拉曼光的监控方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种拉曼光的监控方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种拉曼光的监控方法中包层光剥离器的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接设置、安装、连接，也可以通过居中元部件、居中结构间接设置、连接。
另外，本发明实施例中若有“大”、“小”、“进入”、“输出”、“扩束”、“耦合”、“内部”、“外部”、“末端”、“增加”、“放大”、“发散”、“封闭”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系或常规放置状态或使用状态，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构、特征、装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例的各种可能的组合方式不再另行说明。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种拉曼光的监控方法，监控方法可包括如下步骤：
S1、由光纤激光装置发射出激光束，该激光束可作用于加工材料1，加工材料1是一种可将激光束反射的材料，因此会反射返回光，返回光可包括拉曼光和信号光，即光纤激光装置加工加工材料1在激光束作用于加工材料1的初步阶段，会有大量的返回光反射到光纤激光装置的内部；
S2、由加工材料1反射的返回光可进入光纤激光装置中泵浦合束器5的支路；
S3、泵浦合束器5的至少其中一条支路上可通过设置于支路6的包层光剥离器7将返回光中的拉曼光和信号光剥离至该支路6的包层并使拉曼光和信号光到达外部空间中，射向探测装置8；
S4、探测装置8可检测拉曼光，探测装置8可放置于一个与包层光剥离器7距离适宜的位置，便于检测该包层光剥离器7剥离出的拉曼光，可以理解地，该距离适宜的位置定义为探测装置8设置于一个可检测到被包层光剥离器剥离出来的拉曼光和散射光、且不会被包层光剥离器产生的能量损坏的位置；
其中，探测装置8可与光纤激光装置的控制系统连接，当探测装置8的信号超过预设的报警阈值时，控制系统可切断光纤激光装置的电源并给出报警信号，即当拉曼光增大时，探测装置8检测到的信号会显著增大，控制系统会自动关闭激光发射器，实现对光纤激光装置内部的拉曼光进行实时监控，防止由于拉曼光增大造成的光纤激光装置烧毁、失效，有效地保证了光纤激光装置的稳定性和可靠性。
可选地，加工材料1反射的返回光经可经光纤激光装置的加工镜头2耦合至光纤激光装置内的光纤激光光缆(QBH)3；然后，返回光可再从光纤激光光缆3处沿传输光纤4透过光栅并到达泵浦合束器5的支路中。
可选地，拉曼光和信号光可通过设置于包层光剥离器的窗口射向探测装置8。
可选地，报警阈值可设置为非线性效应的报警阈值，即当探测装置8的信号超过预设的非线性效应报警阈值时，控制系统可切断光纤激光装置的电源并给出报警信号。
本实施例中，支路6可采用中心支路，即对泵浦合束器5中中心支路的拉曼光进行监控；光纤激光装置可以采用高功率单腔单模光纤激光装置。
本实施例中，加工材料1可以采用高反材料，高反材料即一种具有高反射率的光反射材料。
本实施例中，高功率单腔单模光纤激光装置发射出的激光束中通常包含一定比例的拉曼光，随着该光纤激光装置功率的上升，拉曼光的比例也会增加，所以返回光也包含信号光和拉曼光，拉曼光进入增益光纤中并以多模的形式与信号光的基模竞争，在特定的条件下会被放大，拉曼光经过放大后，可透过光栅进入至泵浦合束器5的各支路中，通过设置于泵浦合束器5的中心支路上的包层光剥离器7，将中心支路纤芯处的返回光中的拉曼光和信号光剥离至中心支路的包层并使拉曼光和信号光射向探测装置8，通过探测装置8检测拉曼光，探测装置8可以使用光电探测器，光电探测器可放置于一个与包层光剥离器7距离适宜的位置，便于检测由包层光剥离器7剥离出的拉曼光；光电探测器可与光纤激光装置的控制系统连接，当光电探测器的信号超过预设的非线性效应报警阈值时，控制系统可切断光纤激光装置的电源并给出报警信号，即当非线性效应放大时，光电探测器检测到的信号会显著增大，控制系统会自动关闭激光发射器，实现对光纤激光装置内部的非线性效应进行实时监控，防止由于非线性效应放大造成的光纤激光装置烧毁、失效，有效地保证了光纤激光装置的稳定性和可靠性。
如图2和图3所示，本发明实施例还提供了一种光纤激光装置，包括：
激光发射器(图中未示出)，可发射激光束并作用于加工材料1；
泵浦合束器5，可连接于激光发射器；
探测装置8：可设置于泵浦合束器5中支路6的一侧且可用于检测支路6中的拉曼光，探测装置8可放置于一个与包层光剥离器7距离适宜的位置，便于检测包层光剥离器7剥离出的拉曼光；
包层光剥离器，可设置于泵浦合束器5至少其中一条支路上，且可用于将该支路6内(即支路6的纤芯)返回光中的拉曼光和信号光剥离并使拉曼光和信号光射向所述探测装置8。
综上，探测装置8可与光纤激光装置的控制系统连接，当探测装置8的信号超过预设的报警阈值时，控制系统可切断光纤激光装置的电源并给出报警信号，实现对光纤激光装置内部的拉曼光进行实时监控，有效地保证了光纤激光装置的稳定性和可靠性。
可选地，探测装置8可以为光电探测器，光电探测器可将光信号转换为电信号。
如图3所示，可选地，包层光剥离器7可设置有多个窗口71，窗口71可用于供处于支路6包层中的拉曼光和信号光射向探测装置8，并且还可控制包层光剥离器7的温度。
如图3所示，可选地，各窗口71可以设置为相同的尺寸a，或者，也可以设置为不同的尺寸a，根据窗口71开设所处的位置决定其窗口71的尺寸a大小，通过窗口71的尺寸a大小来控制包层光剥离器7温度的散发程度。
如图3所示，可选地，各窗口71之间可以设置为相同的间距b，或者，也可以设置为不同的间距b，根据各窗口71开设所处的位置决定其各窗口71之间的间距b，通过各窗口71之间的间距b来控制包层光剥离器7温度的散发程度。
如图3所示，可选地，窗口71可设置有涂覆胶72，涂覆胶72用于供包层中的拉曼光和信号光散射向探测装置8，且设置于不同窗口71的涂覆胶72可具有不同的折射率，根据窗口71开设所处的位置决定设置于该窗口71的涂覆胶72折射率大小，以此来选择适合的涂覆胶72。当拉曼光和信号光穿过窗口71时会照射到涂覆胶72上，并且因涂覆胶72的折射率反射并发散至探测装置8处。
如图3所示，可选地，包层光剥离器7可连接有散热基座11，进一步地，整个包层光剥离器7可放置在散热基座11上，则包层光剥离器7上的所有窗口71均位于散热基座11处，可采用间接散热的方式降低包层光剥离器7的温度。当然，也可以采用直接散热的方式降低包层光剥离器7的温度。
具体地，作为包层光剥离器7间接散热的实现方式，当包层光剥离器7工作时产生的温度通过各窗口71传递至散热基座11，加快了包层光剥离器7的散热，使包层光剥离器7的使用寿命得到了保障。
具体地，作为包层光剥离器7直接散热的实现方式，包层光剥离器7工作时产生的温度直接通过各窗口71向外发散，无需借助其他散热装置，节约成本。
如图3所示，可选地，包层光剥离器7以及包层光剥离器7前后处的支路6可呈弯曲状，进一步地，可通过改变光线盘绕弯曲半径的方式使支路6纤芯内的激光耦合至支路6的包层中。
可选地，支路6一端可连接于泵浦合束器5，另一端可设置有透光管9，即透光管9设置于支路6的末端。该透光管9的一端连接于支路6并可采用密封胶固定、密封，另一端可以为封闭状，具有防尘的作用。
如图1所示，可选地，透光管9处可设置有吸收体10，吸收体10可以为半封闭式，该半封闭的吸收体可采用导热性能较好的铝合金材料，进一步地，吸收体10可安装在带水冷的板材上，及时将吸收体10上的热量带走。
可以理解地，返回光经过包层光剥离器7后，在支路6中仍然会有部分残留，该残留的返回光由透光管9的封闭端面射出并被吸收体10吸收，可有效地消除支路6上残留的返回光。
本发明实施例所提供的一种拉曼光的监控方法及光纤激光装置，其采用探测装置8检测泵浦合束器5其中一条支路(如中心支路)且位于包层光剥离器7处的返回光，包层光剥离器7可将支路6纤芯内返回光种的拉曼光和信号光剥离并射向探测装置8(如光电探测器)，当拉曼光放大时，则探测装置8检测并接收到的返回光增大，并且当拉曼光增大至超过安全范围时(如拉曼光增大导致非线性效应放大超过安全范围)，即探测装置8的信号超过预设的报警阈值时(如非线性效应报警阈值)，光纤激光装置的控制系统切断光纤激光装置的电源并给出报警信号，实现对光纤激光装置内部的返回光(如拉曼光)进行实时监控(如因拉曼光导致的非线性效应实时监控)，避免出现光纤激光装置的内部核心部件烧毁、失效的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种拉曼光的监控方法，其特征在于，所述监控方法包括如下步骤：
S1、由光纤激光装置的激光发射器发射出激光束，该激光束作用于加工材料，并反射包括拉曼光和信号光的返回光；
S2、由所述加工材料反射的返回光进入所述光纤激光装置中泵浦合束器的支路；
S3、所述泵浦合束器的至少其中一条支路通过设置于所述支路的包层光剥离器将返回光中的拉曼光和信号光剥离并使拉曼光和信号光射向探测装置；
S4、所述探测装置检测拉曼光；
其中，当所述探测装置的信号超过预设的报警阈值时，所述光纤激光装置的控制系统切断所述光纤激光装置的电源并发出报警信号。
2.如权利要求1所述的一种拉曼光的监控方法，其特征在于，所述加工材料反射的返回光经所述光纤激光装置的加工镜头耦合至所述光纤激光装置内的光纤激光光缆；返回光再从所述光纤激光光缆处沿传输光纤穿透光栅并到达所述泵浦合束器的支路中。
3.如权利要求1所述的一种拉曼光的监控方法，其特征在于，拉曼光和信号光通过设置于所述包层光剥离器的窗口射向所述探测装置。
4.如权利要求1所述的一种拉曼光的监控方法，其特征在于，所述报警阈值设置为非线性效应的报警阈值。
5.一种光纤激光装置，其特征在于，包括：
激光发射器；泵浦合束器，连接于所述激光发射器；
探测装置，设置于所述泵浦合束器中支路的一侧且用于检测拉曼光；
包层光剥离器，设置于所述泵浦合束器至少其中一条支路上，且用于将所述支路内返回光中的拉曼光和信号光剥离并使拉曼光和信号光射向所述探测装置。
6.如权利要求5所述的一种光纤激光装置，其特征在于，所述探测装置为光电探测器。
7.如权利要求5所述的一种光纤激光装置，其特征在于，所述包层光剥离器设置有多个用于供拉曼光和信号光射向所述探测装置且控制所述包层光剥离器温度的窗口。
8.如权利要求7所述的一种光纤激光装置，其特征在于，各所述窗口的尺寸设置为相同或不同。
9.如权利要求7所述的一种光纤激光装置，其特征在于，各所述窗口之间间距设置为相同或不同。
10.如权利要求7所述的一种光纤激光装置，其特征在于，所述窗口设置有涂覆胶，且设置于不同所述窗口的所述涂覆胶具有不同的折射率。
11.如权利要求5所述的一种光纤激光装置，其特征在于，所述包层光剥离器连接有散热基座。
12.如权利要求5所述的一种光纤激光装置，其特征在于，所述包层光剥离器以及所述包层光剥离器前后处的所述支路呈弯曲状。
13.如权利要求5所述的一种光纤激光装置，其特征在于，所述支路一端连接于所述泵浦合束器，另一端设置有透光管。
14.如权利要求13所述的一种光纤激光装置，其特征在于，所述透光管处设置有吸收体。
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