CN110954306B - 一种在线检测ld侧泵模块的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线检测LD侧泵模块的装置与方法，所述检测装置可置于待测模块的一侧，沿LD侧泵模块通光方向分别设置有平面镜、可变焦镜组、工业相机和计算机。本发明利用上述的检测装置通过对待测LD侧泵模块中激光晶体内的辐射荧光成像来判断LD侧泵模块中LD巴条的运行情况，可实现任意LD侧泵模块的在线检测，尤其是对集成在激光器系统中的LD侧泵模块进行无拆除检测，从而不会破坏激光器系统的谐振腔。本发明具有检测快速，故障定位准确的优点，可大大提高LD侧泵模块的故障检测效率，节省激光器系统的维护时间，可应用于LD侧泵模块质量检测及激光器系统检测等领域。

Description

一种在线检测LD侧泵模块的装置及方法

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种在线检测LD侧泵模块的装置及方法。

背景技术

LD侧面泵浦的激光模块由于集成功率高、结构紧凑、小型模块化设计等优点，在中等功率或者大功率的激光器系统中得到广泛应用。在激光器系统的维修中，谐振腔和LD侧泵模块是最容易出问题的故障点，然而维修人员在不拆除LD侧泵模块的情况下通常难以快速判断故障点，给激光器维修带来一定困难。目前对LD侧泵模块检测主要有两种手段，二是将利用待测的LD侧泵模块搭建激光谐振腔，测试谐振腔输出功率并与出厂测试进行比较来判断模块是否有损坏或者功率衰减，此种方法需要将模块从调试好的激光器系统中拆除，而且一旦发现问题仍无法判断是哪一维度方向的LD巴条有故障；二是拆解LD侧泵模块，进行内部LD巴条外观检查，观察是否有烧毁等明显故障。上述两种方法均需将LD侧泵模块从激光器系统中拆除，无法在线快速检测LD模块故障，无法准确定位故障LD巴条。本发明提出一种在线检测LD侧泵模块的装置及方法，可对集成在激光器系统中的LD侧泵模块进行无拆除快速在线检测，且能判断是哪一维度方向的LD巴条出现故障，给激光器系统的维修和维护带来极大便利。

发明内容

针对目前LD侧泵模块检测手段单一，且无法实现快速在线检测、准确定位故障LD巴条位置的现状，本发明提供了一种在线检测LD侧泵模块的装置及方法，具体如下：

根据本发明的实施方式，第一方面，本发明提供一种在线检测LD侧泵模块的装置，包括：激光器系统和检测装置，其中，所述激光器系统包括LD侧泵模块；所述检测装置沿光路方向依次包括平面镜、可变焦镜组、工业相机和计算机，所述检测装置用于对所述LD侧泵模块进行快速检测，准确定位受损的LD巴条。

可选的，所述平面镜根据检测环境与所述LD侧泵模块的通光方向垂直放置时，其中靠近所述LD侧泵模块的一面镀对LD泵浦光的0°高反膜和对激光晶体辐射荧光的0°增透膜，另一面镀对激光晶体辐射荧光的0°增透膜。

可选的，所述平面镜根据检测环境与所述LD侧泵模块的通光方向成45°角放置时，其中靠近所述LD侧泵模块的一面镀对LD泵浦光的45°增透膜和对激光晶体辐射荧光的45°高反膜，而另一面无须镀膜。

可选的，所述可变焦镜组的焦距应当根据所述工业相机中CCD或CMOS光敏面尺寸，使得采集到的荧光在所述光敏面上覆盖足够多的像素点；所述可变焦镜组中的所有透镜两面，均需镀对激光晶体辐射荧光的0°增透膜。

可选的，在所述可变焦镜组和工业相机之间还包括可变光阑，调整所述可变光阑的通光孔径使所述LD侧泵模块中的激光晶体端面能在所述工业相机上清晰成像且图像不饱和。

可选的，所述LD侧泵模块的泵浦方式为脉冲泵浦，所述工业相机的采样频率应为LD侧泵模块泵浦频率的整数倍，且积分时间应为采样频率的倒数。

根据本发明的实施方式，第二方面，本发明提供一种利用如上所述装置实现在线检测LD侧泵模块的方法，所述方法由以下步骤实现：

步骤一、根据所述平面镜与所述LD侧泵模块通光方向的关系，依次设置所述LD侧泵模块、平面镜、可变焦镜组、工业相机和计算机，开启所述激光器系统和检测装置，使所述LD侧泵模块中激光晶体辐射出荧光；

步骤二、所述荧光和从LD散射的泵浦光经平面镜后，LD散射的泵浦光被滤除，辐射的荧光高透过率的通过平面镜后进入可变焦镜组；

步骤三、调节可变焦镜组的通光孔径及透镜位置，调节工业相机的位置、采样频率及积分时间，使辐射的荧光经由可变焦镜组在工业相机上清晰成像，并在计算机上显示出灰度图；

步骤四、利用图像处理软件对采集的灰度图进行处理，通过分析采集图像的光强分布特性，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏或者巴条功率是否出现大幅衰减。

可选的，还包括如下步骤：

对出厂的LD侧泵模块用检测装置进行测试，获取原始图像数据；以及通过所述计算机获取运行后的LD侧泵模块的图像数据；

利用matlab软件对原始图像数据和运行后图像数据进行归一化处理，获得归一化强度矩阵分别为I_{_initial}、I_{_now}，通过计算公式I_{_change}＝(I_{_initial}-I_{_now})/I_{_initial}，绘制强度变化百分比分布图，当分布图某一方向上强度变化百分比数值高于某一阈值时，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏或者巴条功率是否出现大幅衰减。

可选的，当分布图某一方向上强度变化百分比数值为10％-50％时，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条功率出现大幅衰减；

当分布图某一方向上强度变化百分比数值大于50％值时，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏。

本发明提供了一种在线检测LD侧泵模块的装置及方法。通过检测装置收集LD侧泵模块内激光晶体辐射的荧光并在工业相机上成像，利用图像处理软件对采集的图像进行处理，分析采集图像的光强分布特性，即可推断出LD侧泵模块中对应维度方向上的LD巴条的故障情况，实现了对集成在激光器系统中的LD侧泵模块无拆除快速在线检测，大大提高了激光器系统维护及LD侧泵模块检测的效率。

附图说明

图1为一种实施方式下根据实际检测环境下的检测光路示意图；

图2为另一种实施方式下根据实际检测环境下的检测光路示意图；

图3为LD侧泵模块的初始光斑图像；

图4为LD侧泵模块的使用过程中的光斑图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

结合图1-2进行说明，根据本发明的实施方式，第一方面，本发明提供一种在线检测LD侧泵模块的装置，包括：激光器系统和检测装置，其中，所述激光器系统包括LD侧泵模块1；所述检测装置沿光路方向依次包括平面镜2、可变焦镜组3、工业相机4和计算机5，所述检测装置用于对所述LD侧泵模块进行快速检测，准确定位受损的LD巴条。可对任意LD侧泵模块进行快速准确的在线检测，尤其是可对集成在激光器系统中的LD侧泵模块进行无拆除检测。其中，所述LD侧泵模块通常包括5-20根不同的巴条，形成30-100W不等的连续泵浦光或脉冲泵浦光。具体的LD侧泵模块的结构不再赘述，可参见现有技术。

所述平面镜2根据检测环境可有多种使用方式，且不同的使用方式下需具有不同的表面镀膜参数。可选的，如图1所示，所述平面镜根据检测环境与所述LD侧泵模块的通光方向垂直放置时，其中靠近所述LD侧泵模块的一面镀对LD泵浦光的0°高反膜和对激光晶体辐射荧光的0°增透膜，另一面镀对激光晶体辐射荧光的0°增透膜。可选的，如图2所示，所述平面镜根据检测环境与所述LD侧泵模块的通光方向成45°角放置时，其中靠近所述LD侧泵模块的一面镀对LD泵浦光的45°增透膜和对激光晶体辐射荧光的45°高反膜，而另一面无须镀膜。例如泵浦光为808nm，激光晶体辐射荧光为1064nm，则上述镀膜按照具体值进行镀膜即可。

可选的，所述可变焦镜组3的焦距f应当根据所述工业相机中CCD或CMOS光敏面尺寸s，使得采集到的荧光在所述光敏面上覆盖足够多的像素点；所述可变焦镜组中的所有透镜两面，均需镀对激光晶体辐射荧光的0°增透膜。所述可变焦镜组3的焦距f通常为10-20cm，可根据可变焦镜组3与工业相机中CCD或CMOS光敏面像素的大小以及距离，计算出在符合成像条件的光斑大小下使得采集到的荧光在所述光敏面上覆盖足够多的像素点。具体的，在所述可变焦镜组和工业相机之间还包括可变光阑，通过调整所述可变光阑的通光孔径使所述LD侧泵模块中的激光晶体端面能在所述工业相机上清晰成像且图像不饱和。

其中所述可变焦镜组3可以采用2-10个透镜形成透镜组进行变焦，也可以采用胶合透镜进行变焦，变焦过程可以通过计算机驱动马达，结合步进电机进行自动控制，并根据在计算机端呈现的图像状态自动反馈到调焦控制器进行控制，最终使得，在所述工业相机上清晰成像且图像不饱和。图像饱和后就不能区分出巴条的具体位置。

可选的，所述LD侧泵模块的泵浦方式为脉冲泵浦，所述工业相机的采样频率w₁应为LD侧泵模块泵浦频率w₂的整数倍，例如100-1000倍，且积分时间应为采样频率的倒数。

本发明提供了一种在线检测LD侧泵模块的装置。通过检测装置收集LD侧泵模块内激光晶体辐射的荧光并在工业相机上成像，利用图像处理软件对采集的图像进行处理，分析采集图像的光强分布特性，即可推断出LD侧泵模块中对应维度方向上的LD巴条的故障情况，实现了对集成在激光器系统中的LD侧泵模块无拆除快速在线检测，大大提高了激光器系统维护及LD侧泵模块检测的效率。

根据本发明的实施方式，第二方面，本发明提供一种利用如上所述装置实现在线检测LD侧泵模块的方法，具体应用到的激光器系统以及检测装置参见第一实施例，此处不再赘述，所述方法由以下步骤实现：

步骤一、根据所述平面镜与所述LD侧泵模块通光方向的关系，依次设置所述LD侧泵模块、平面镜、可变焦镜组、工业相机和计算机的位置，开启所述激光器系统和检测装置，使所述LD侧泵模块中激光晶体辐射出荧光，并使其具有稳定输出，例如开启系统1-2小时候具有稳定输出；

步骤二、所述荧光和从LD散射的泵浦光经平面镜后，LD散射的泵浦光被滤除，辐射的荧光高透过率的通过平面镜后进入可变焦镜组；

步骤三、调节可变焦镜组的通光孔径及透镜位置，调节工业相机的位置、采样频率及积分时间，使辐射的荧光经由可变焦镜组在工业相机上清晰成像，并在计算机上显示出灰度图；

此步骤中，可以通过使光阑和/或透镜组接收计算机的反馈控制，在步进电机的精细驱动下，连续调节光阑和/或透镜组的大小和位置，直到获得所需的清晰图像。

步骤四、利用图像处理软件对采集的灰度图进行处理，通过分析采集图像的光强分布特性，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏或者巴条功率是否出现大幅衰减。

可选的，还包括如下步骤：

对出厂的LD侧泵模块用检测装置进行测试，获取原始图像数据；以及通过所述计算机获取运行后的LD侧泵模块的图像数据；具体的，对出厂的LD侧泵模块用检测装置进行测试，获得荧光图像如图3所示。当无法判断是否LD侧泵模块发生故障时，利用检测装置进行测试，获得荧光图像如图4所示。

如图3和4所示，利用matlab软件对原始图像数据和运行后图像数据进行归一化处理，获得归一化强度矩阵分别为I_{_initial}、I_{_now}，通过计算公式I_{_change}＝(I_{_initial}-I_{_now})/I_{_initial}，绘制强度变化百分比分布图，当分布图某一方向上强度变化百分比数值高于某一阈值时，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏或者巴条功率是否出现大幅衰减。

可选的，当分布图某一方向上强度变化百分比数值为10％-50％时，例如30％，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条功率出现大幅衰减；可以通过比例数值直观的判断出LD侧泵模块中巴条的受损情况。

当分布图某一方向上强度变化百分比数值大于50％值时，例如80％，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏。可以通过比例数值直观的判断出LD侧泵模块中巴条的受损情况。

本发明提供了一种在线检测LD侧泵模块的方法。通过检测装置收集LD侧泵模块内激光晶体辐射的荧光并在工业相机上成像，利用图像处理软件对采集的图像进行处理，分析采集图像的光强分布特性，即可推断出LD侧泵模块中对应维度方向上的LD巴条的故障情况，实现了对集成在激光器系统中的LD侧泵模块无拆除快速在线检测，大大提高了激光器系统维护及LD侧泵模块检测的效率。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种在线检测LD侧泵模块的装置，其特征在于包括：激光器系统和检测装置，其中，所述激光器系统包括LD侧泵模块；所述检测装置沿光路方向依次包括平面镜、可变焦镜组、工业相机和计算机，所述检测装置用于对所述LD侧泵模块进行快速检测，准确定位受损的LD巴条，

其中，所述LD侧泵模块的泵浦方式为脉冲泵浦，所述工业相机的采样频率应为LD侧泵模块泵浦频率的整数倍，且积分时间应为采样频率的倒数，

所述可变焦镜组的焦距应当根据所述工业相机中CCD或CMOS光敏面尺寸，使得采集到的荧光在所述光敏面上覆盖足够多的像素点；所述可变焦镜组中的所有透镜两面，均需镀对激光晶体辐射荧光的0°增透膜，

在所述可变焦镜组和工业相机之间还包括可变光阑，调整所述可变光阑的通光孔径使所述LD侧泵模块中的激光晶体端面能在所述工业相机上清晰成像且图像不饱和。

2.根据权利要求1所述的一种在线检测LD侧泵模块的装置，其特征在于：所述平面镜根据检测环境与所述LD侧泵模块的通光方向垂直放置时，其中靠近所述LD侧泵模块的一面镀对LD泵浦光的0°高反膜和对激光晶体辐射荧光的0°增透膜，另一面镀对激光晶体辐射荧光的0°增透膜。

3.根据权利要求1所述的一种在线检测LD侧泵模块的装置，其特征在于：所述平面镜根据检测环境与所述LD侧泵模块的通光方向成45°角放置时，其中靠近所述LD侧泵模块的一面镀对LD泵浦光的45°增透膜和对激光晶体辐射荧光的45°高反膜，而另一面无须镀膜。

4.一种利用权利要求1-3任一权利要求所述装置实现在线检测LD侧泵模块的方法，其特征在于所述方法由以下步骤实现：

步骤一、根据所述平面镜与所述LD侧泵模块通光方向的关系，依次设置所述LD侧泵模块、平面镜、可变焦镜组、工业相机和计算机，开启所述激光器系统和检测装置，使所述LD侧泵模块中激光晶体辐射出荧光；

步骤二、所述荧光和从LD散射的泵浦光经平面镜后，LD散射的泵浦光被滤除，辐射的荧光高透过率的通过平面镜后进入可变焦镜组；

步骤三、调节可变焦镜组的通光孔径及透镜位置，调节工业相机的位置、采样频率及积分时间，使辐射的荧光经由可变焦镜组在工业相机上清晰成像，并在计算机上显示出灰度图；

步骤四、利用图像处理软件对采集的灰度图进行处理，通过分析采集图像的光强分布特性，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏或者巴条功率是否出现大幅衰减。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：还包括如下步骤：

对出厂的LD侧泵模块用检测装置进行测试，获取原始图像数据；以及通过所述计算机获取运行后的LD侧泵模块的图像数据；

利用matlab软件对原始图像数据和运行后图像数据进行归一化处理，获得归一化强度矩阵分别为I_{_initial}、I_{_now}，通过计算公式I_{_change}＝(I_{_initial}-I_{_now})/I_{_initial}，绘制强度变化百分比分布图，当分布图某一方向上强度变化百分比数值高于某一阈值时，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏或者巴条功率是否出现大幅衰减。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

当分布图某一方向上强度变化百分比数值为10％-50％时，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条功率出现大幅衰减；

当分布图某一方向上强度变化百分比数值大于50％值时，确定出LD侧泵模块中对应方向维度上的LD巴条是否有损坏。

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