CN111082293A - 光纤激光器模式稳定性监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤激光器模式稳定性监控装置及方法，该监控装置包括：光电探测器，其探测端用于设置在包层光剥离器的内部，以接收包层光剥离器从光纤中剥离的包层光；滤波片，设置在探测端的外侧，用于滤除包层光中的泵浦光；其中，光电探测器的响应波段包括信号光波段；衰减片，设置在滤波片的一侧，用于衰减信号光，以使信号光的功率在光电探测器的饱和阈值以下；控制电路接收光电探测器输出的信号光的电信号探测值及获取驱动电源的不断变化的电流值，并判断光纤激光器的模式是否处于稳定状态，当判断结果为模式不稳定时，断开光纤激光器的驱动电源。该监控装置成本低，且在监控过程中能保证较高的灵敏度。

Description

光纤激光器模式稳定性监控装置及方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种光纤激光器模式稳定性监控装置及方法。

背景技术

高功率激光器是现代激光学中的一个重要研究方向。作为固体激光器的一种特殊形式，光纤激光器以其结构紧凑、转换效率高、光束质量好等优点成为一类十分有前景的激光光源，在医学、通讯、雷达、传感、工业加工、以及科研领域都有着广泛的应用；因光纤结构的特殊优势，高功率光纤激光器作为光纤激光器的主要发展方向之一受到特别重视。

高功率光纤激光器在光束质量、体积、重量、效率、散热等方面均具有明显优势，现已广泛应用于光纤通信、激光空间远距离通信、工业造船、汽车制造、激光切割、金属焊接、生物医疗、大型基础建设等领域。高功率光纤激光器随着输出功率的提升会产生由稳态基模输出突然变为非稳态高阶模式输出的模式突变；该模式突变会导致光束质量下降，限制衍射极限光束质量及光纤激光输出功率的提升，影响包层光剥离器的安全。因此，在高功率光纤激光器的研发过程中，对光纤激光器的模式稳定性进行精准的监测是保证高功率光纤激光器稳定输出的关键。

目前在研发过程中对光纤激光器的模式稳定性进行监测大多数是依据信号光向高阶模转化时，输出光斑会发生变化，通过观察输出光斑的“闪烁”对输出模式稳定性进行判断；其主要通过由高速探测器、透镜和示波器组成的监测装置或万帧高速相机来实现。高速探测器、透镜和示波器组成的监测装置或万帧高速相机不仅成本高，在使用过程中还存在灵敏度不高的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光纤激光器模式稳定性监控装置及方法，以利用较低的成本提高模式稳定性监控的灵敏度。

本发明公开了一种光纤激光器模式稳定性监控装置，所述监控装置包括：

光电探测器，其探测端用于设置在包层光剥离器的内部，以接收所述包层光剥离器从光纤中剥离的包层光；

滤波片，设置在所述探测端的外侧，用于滤除所述包层光中的泵浦光，增透所述包层光中的信号光；其中，所述光电探测器的响应波段包括信号光波段；

衰减片，设置在所述滤波片的一侧，用于衰减所述信号光，以使信号光的功率在所述光电探测器的饱和阈值以下；

控制电路，与所述光电探测器连接，用于接收所述光电探测器输出的信号光的电信号探测值；所述控制电路还用于与光纤激光器的驱动电源连接，以获取所述驱动电源的不断变化的电流值；所述控制电路利用自适应阈值算法，根据已接收的电信号探测值得出电信号变化规律，以及根据不断变化的电流值及已接收的电信号探测值估算当前电信号探测值对应的电信号预测值，判断电信号变化规律与所述电流值的变化规律是否一致且当前电信号探测值与对应的电信号预测值的比值是否超过设定倍数，以及在电信号变化规律与所述电流值的变化规律不一致且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值超过设定倍数的情况下断开所述驱动电源。

在一些实施例中，所述衰减片位于所述光电探测器的探测端与所述滤波片之间。

在一些实施例中，所述衰减片为吸收型。

在一些实施例中，所述滤波片对所述泵浦光的反射率大于98％，对所述信号光的透过率大于98％。

在一些实施例中，所述滤波片滤除光谱的谱线宽度为±10nm。

在一些实施例中，所述滤波片滤除的泵浦光的中心波长为915nm、976nm或793nm；所述滤波片增透的信号光的中心波长为1.06μm、1.08μm或2μm。

在一些实施例中，所述控制电路的响应时间不超过100ms，所述光电探测器的响应时间不超过50ns。

在一些实施例中，所述监控装置还包括所述包层光剥离器；所述包层光剥离器包括用于套设在光纤外部的玻璃管和封装所述玻璃管的外壳，所述玻璃管和所述外壳上开设有用于插设所述光电探测器的探测端的孔。

本发明还公开了一种光纤激光器模式稳定性监控方法，所述监控方法适用于上述实施例所述的光纤激光器模式稳定性监控装置；所述监控方法包括：

接收光电探测器输出的信号光的电信号探测值，并获取光纤激光器的驱动电源的不断变化的电流值；

利用自适应阈值算法，根据已接收的电信号探测值得出电信号变化规律，以及根据不断变化的电流值及已接收的电信号探测值估算当前电信号探测值对应的电信号预测值；

判断电信号变化规律与所述电流值的变化规律是否一致，且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值是否超过设定倍数；

在电信号变化规律与所述电流值的变化规律不一致，且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值超过设定倍数的情况下，输出断开指令至所述驱动电源。

在一些实施例中，所述监控方法还包括：

实时判断信号光的电信号预测值是否超过光电探测器的饱和阈值；其中，所述电信号预测值和所述饱和阈值为同种电信号；

在信号光的电信号预测值超过光电探测器的饱和阈值的情况下，发出提示信息，以提高衰减片的衰减系数。

本发明实施例的光纤激光器模式稳定性监控装置和光纤激光器模式稳定性监控方法中，不需要使用示波器、万帧高速相机等设备，所以监测装置的成本较低；由于包层光剥离器对光纤激光器模式不稳定非常敏感，因此通过光电探测器探测包层光剥离器中的信号光，能使光电探测器快速感知光线中包层光的变化，而且光电探测器的探测精度高且响应速度快，所以能够极大提高监测的灵敏度；除此之外，通过监测装置中的控制电路，能够在光纤激光器发生模式不稳定时及时切断驱动电源，实现自动保护，避免导致器件损坏。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本发明一实施例的光纤激光器模式稳定性监控装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例的光纤激光器模式稳定性监控方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的“上部”、“下部”等方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。

图1为本发明一实施例中的光纤激光器模式稳定性监控装置的结构示意图，如图1所示，该监控装置包括光电探测器30、滤波片50、衰减片40和控制电路60。光电探测器30的探测端可设置在包层光剥离器20的内部，以用来接收包层光剥离器20从光纤10中所剥离的包层光；包层光剥离器20可为预先布置在光纤激光器的光纤10上的元器件，也可为通过微加工或腐蚀加工工艺方法对光纤10进行加工处理而达到的和包层光剥离器20具备同样效果的器件或装置。滤波片50设置在光电探测器30探测端的外侧，用来滤除包层光中的泵浦光并透过包层光中的信号光；透过滤波片50的信号光被光电探测器30的探测端接收并作为光电探测器30的光信号，光电探测器30进而将该光信号转换为电信号；为了确保光电探测器30经过信号光的辐射而产生电信号并输出，还应确保光电探测器30的响应波段包括需被探测的信号光的波段。

衰减片40设置在滤波片50的一侧(靠近或远离光电探测器30的探测端的一侧)，用来衰减信号光，以使该信号光的功率在光电探测器30的饱和阈值以下；控制电路60与光纤激光器的驱动电源70连接，以用来接收驱动电源70不断变化的电流值，控制电路60与光电探测器30连接，以用来接收光电探测器30输出的上述光信号的电信号探测值；并且控制电路60能够根据已接收的电信号探测值利用自适应阈值算法得出电信号变化规律，以及根据不断变化的电流值及已接收的电信号探测值利用自适应阈值算法估算出当前电信号探测值对应的电信号预测值；控制电路并判断电信号变化规律与驱动电源70的电流值的变化规律是否一致及当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值是否超过预定倍数(可以为整数或非整数)；当电信号变化规律与驱动电源70的电流值的变化规律不一致且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值超过预定倍数的情况下，控制电路60判定光纤激光器处于模式不稳定状态，从而断开光纤激光器的驱动电源70。通过控制电路60自动切断光纤激光器驱动电源70的方法实现了光纤激光器的自动安全保护。

将光电探测器30的探测端设置在包层光剥离器20的内部，能提高监控的灵敏度。因为从光纤激光器的结构来说，当光纤激光器发生模式不稳定现象时，设置在光纤10上的包层光剥离器20能最先感知光纤10中包层光的变化；因此将光电探测器30的探测端放置在包层光剥离器20的内部，当信号光从低阶模向高阶模模式转换过程中，光电探测器30能快速感知到包层光剥离器20中的光信号功率的急剧升高，进而将该光信号转换为能被控制电路60接收的电信号，控制电路60根据接收到的电信号可自动判断出光纤激光器的模式是否处于稳定状态。

光电探测器30与包层光剥离器20之间的设置方式具体可以为：在包层光剥离器20的外壳上开设用于安装光电探测器30的孔，该孔可以开设在光纤进入端的位置处，光电探测器30的探测端从该孔伸入至包层光剥离器20中，当包层光剥离器20中产生包层光时，光电探测器30通过其探测端就可获得其信号光。另外，也可以将整个光电探测器30封装在包层光剥离器20的外壳内，此时光电探测器30与控制电路60之间的接线需从外壳引出，因而可在包层光剥离器20的外壳上开设用于引出接线的孔。

在本发明的另一实施例中，包层光剥离器20作为监控装置的一部分，其可采用微加工或腐蚀工艺进行处理。例如：在双包层光纤10上的需要设置包层光剥离器20的区域段采用微加工或腐蚀工艺制作光功率泄漏窗口；在泄露窗口的外部套设玻璃管；在玻璃管的位于光纤进入一端的位置处开设用于插设光电探测器的探测端孔，例如，该孔可以为圆孔，光电探测器30的探测端伸入该圆孔内；另外，可再在光电探测器30及玻璃管的外部设置封装外壳，封装外壳上开设用于插入光电探测器30或光电探测器引线的孔；上述的设置方式也可看成光电探测器30与包层光剥离器20为一体设置的情形。

在本发明的一个实施例中，滤波片50、衰减片40依次置于光电探测器探测端的前端位置，如图1所示，滤波片50位于光纤10与探测端之间，衰减片40位于滤波片50与探测端之间。在光纤激光器激光输出的过程中，光纤包层中除了存在泄漏的信号光之外，还存在着残余抽运泵浦光；为了保证光电探测器30所探测到的为包层光中的信号光，可在探测端的前方设置用于滤除泵浦光的滤波片50。进一步的，为了获得较为准确的监测结果，在选择滤波片50的型号时，可选择对泵浦光的反射率大于98％且对信号光的透过率大于98％的滤波片50。衰减片40的主要作用是将信号光强度衰减至光电探测器30的饱和阈值之内，其衰减系数可通过信号光的强度除以光电探测器30的饱和阈值来确定。衰减片40具体的可选择为吸收型，例如通过吸收型玻璃片或在玻璃基片上镀吸收膜的方法来实现；除此之外，衰减片40也可用其他类型的衰减器，只要能保证经衰减之后的信号光被光电探测器的探测端接收到时，符合光电探测器30的饱和阈值的要求，并使光电探测器30向控制电路60输出有效的电信号。

在衰减片40位于滤波片50与探测端之间(也即滤波片50的上侧位置)时，从光纤10中泄露的包层光先经滤波片50滤除其中的泵浦光、透过其中的信号光，信号光再经衰减片40衰减至其功率满足光电探测器30的饱和阈值要求，衰减后的信号光最终被光电探测器30接收。除此之外，衰减片40也可以设置在滤波片50的下侧位置，此时从光纤10中泄露的包层光先经衰减片40衰减至其信号光功率满足光电探测器30的饱和阈值要求，经衰减片40衰减后的泵浦光及信号光再经过滤波片50，从滤波片50透过的信号光直接被光电探测器30接收。

光电探测器30进一步的可将接收到的光信号转换为电信号，电信号再传输至控制电路60。在大功率连续性光纤激光器的研发、测试过程中，一般是在增加光纤激光器的驱动电流的情况下测试光纤激光器是否处于模式稳定状态；因此随着光纤激光器驱动电流的增加，控制电路60将接收到的光电探测器30的电信号的数据与其预先预测的数据或驱动电源的电流值的数据进行比较，当其接收到的电信号满足其预先设定的条件时，就可判定该光纤激光器出现模式不稳定现象。

在本发明的另一实施例中，滤波片50滤除的泵浦光的中心波长可为915nm、976nm或793nm，滤波片50透过的信号光的中心波长可为1.06μm、1.08μm或2μm；滤波片50滤除光谱的谱线宽度可为±10nm(滤波中心波长两侧的波长宽度，即，所能滤除光谱的谱线范围为[中心波长-10nm，中心波长+10nm])。应当理解的是，在实际使用中，可根据其具体需要滤除的泵浦光和增透的信号光的波段选择滤波片50，但需保证滤波片50所滤除的中心波长涵盖泵浦波段及增透的中心波长涵盖信号光波段。

在整个监控装置中，由于光电探测器30将直接接收到的包层光剥离器20中的光信号转换为控制电路60所需的电信号，及光电探测器30具有的高响应速度特点，相比于现有技术中常规使用的监控装置能提高监控的灵敏度；但是为了进一步提高光电探测器30的响应速度，可以选择响应时间小于50ns的光电探测器30探测信号光。控制电路60在光纤激光器模式稳定性监控装置中起到光纤激光器自动安全保护的作用，为了保证在光纤激光器产生模式不稳定现象时，控制电路60尽快断开光纤激光器的驱动电源70以保护光纤激光器，可将控制电路60的响应时间设置为不大于100ms。光电探测器30的响应时间短，能够保证光电探测器30及时将接收到的光信号转换为电信号并传输至控制电路60；控制电路60的响应时间短，能够保证在较短的时间内判断光纤激光器是否处于稳定状态，并在非稳定状态时及时断开驱动电源70，对光纤激光器起到更好的保护作用。应当理解的是，将光电探测器30的响应时间设置在50ns之内及将控制电路60的响应时间设置在100ms之内是为了进一步提高监控装置的响应速度，且响应时间也可以根据光纤激光器应用的场合的要求进行选择。

在上述实施例中，光纤激光器的模式稳定性监控装置所采用的具体监控方法可以为：控制电路60接收光电探测器30输出的信号光的电信号探测值，并获取光纤激光器的驱动电源70的不断变化的电流值；控制电路60根据已接收的电信号探测值利用自适应阈值算法得出电信号变化规律，以及根据不断变化的电流值及已接收的电信号探测值利用自适应阈值算法估算当前电信号探测值对应的电信号预测值；并判断其所接收到的电信号的变化规律与电流值的变化规律是否一致，及当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值是否超过设定倍数；在电信号变化规律与电流值的变化规律不一致，且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值超过设定倍数的情况下，控制电路60输出断开指令至驱动电源70。

其中，上述电流值的变化方式可为线性变化也可为非线性变化；当驱动电源70的电流值为线性变化时，控制电路60接收到的电信号的变化规律具有同驱动电源70的电流值一样的线性关系，就可判定光电探测器30的电信号与驱动电源70的电流值的变化规律是一致的；当驱动电源70的电流值为非线性变化时，控制电路60接收到的电信号的变化与驱动电源70的电流值的变化之间具有一定的变化规律，则也可判定光电探测器30的电信号与驱动电源70的电流值的变化规律是一致的。对光纤激光器的模式是否稳定进行判断时，除了判断光电探测器30的电信号的变化规律与驱动电源70的电流值的变化规律是否一致之外，还需判断电信号探测值与相应的电信号预定值之间的比值是否超过预定的倍数；为了适应于所监控的光纤激光器，其倍数的数值可预先设置为2.5；但应当理解的是，根据光纤激光器所应用的场合的不同，也可将此倍数设置为比2.5更高或更低的数值，例如在对光纤激光器的模式稳定要求比较严格的情况下，倍数数值可小于2.5；上述的电信号探测值为光电探测器30因实际探测到的光信号而转换成的电信号，电信号预测值为控制电路60根据驱动电源70的电流值及当前电信号探测值采用自适应阈值算法预先估算到的光电探测器理论上应传输至控制电路的电信号值。控制电路60当判定出光纤激光器出现模式不稳定现象时，可以通过断开驱动电源70的方法实现光纤激光器的自动安全保护；其具体操作方法可以为：当感知到光纤激光器处于模式不稳定状态时，控制电路60向驱动电源70发送高电平信号以控制驱动电源70的继电器进行断电。

在控制电路60的监控过程中，还可实时判断信号光的电信号预测值是否超过光电探测器30的饱和阈值；并且在信号光的电信号预测值超过光电探测器30的饱和阈值的情况下，发出提示信息，以提高衰减片40的衰减系数；其中，电信号预测值和饱和阈值为同种类型的电信号。对信号光的电信号预测值是否超过光电探测器30的饱和阈值进行实时判断，是由于随着光纤激光器驱动电源70的驱动电流的增加，光纤10中泄露的包层光也会增加，可能会超过光电探测器30所能承受的饱和阈值；在此情况下，可提高衰减片40的衰减系数来满足光电探测器30探测到的信号光功率在光电探测器30的饱和阈值之下；提高衰减片40的衰减系数的方法可为更换衰减系数更大的衰减片40，例如将原衰减系数为35dB的衰减片40更换为衰减系数为40dB的衰减片40。

本发明实施例还提供了一种光纤激光器模式稳定性监控方法，适用于上述实施例所述的光纤激光器模式稳定性监控装置；如图2所示，所述监控方法包括：

步骤S110：接收光电探测器输出的信号光的电信号探测值，并获取光纤激光器的驱动电源的不断变化的电流值；

步骤S120：利用自适应阈值算法，根据已接收的电信号探测值得出电信号变化规律，以及根据不断变化的电流值及已接收的电信号探测值估算当前电信号探测值对应的电信号预测值；

步骤S130：判断电信号变化规律与所述电流值的变化规律是否一致，且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值是否超过设定倍数；

步骤S140：在电信号变化规律与所述电流值的变化规律不一致，且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值超过设定倍数的情况下，输出断开指令至所述驱动电源。

对光纤激光器测试时，先将上述实施例所述的监控装置安装在被监控的装置中；例如，先在光纤激光器的主光纤上设置包层光剥离器，并将滤波片、衰减片和光电探测器探测端安装在包层光剥离器封装外壳内，再对光电探测器、控制电路和驱动电源之间的电路进行连接。当控制电路接收到光电探测器发出的电信号时，执行上述步骤S110～S140。

在上述步骤S110中，电信号探测值是指由光电探测器探测到包层光剥离器中的信号光而转换得到的电信号，驱动电源的电流值的变化方式包括线性变化和非线性变化。因为光纤激光器出现模式不稳定状态，一般是由于驱动电流的增加而导致的光信号出现不稳定的情况，且驱动电流的增加方式可为线性增加也可为非线性增加，因此驱动电源向光纤激光器提供变化的驱动电流是必要的；随着驱动电流的变化，光纤中的光信号功率也相应的处于变化状态，因此光电探测器所探测到的信号光会随驱动电流的变化而发生改变。

在上述步骤S120中，电信号变化规律为光电探测器已接收的电信号探测值生成的变化规律，其中已接收的电信号探测值包括与当前电流值对应的电信号探测值及与之前的电流值相对应的电信号探测值。电信号预测值为控制电路利用自适应阈值算法估算得到的光电探测器理论上应探测到的信号光的电信号，其依据控制电路所接收到的电流值的变化规律及已接收的光电探测器的电信号探测值。

在上述步骤S130中，电流值的变化规律可以是线性变化，也可以是非线性变化，其数值可以为连续数值，也可以为离散数值。当电信号变化规律与电流值变化规律一致的情况下，可断定被测装置处于模式稳定状态；当电信号变化规律与电流值变化规律一致的情况下，进一步判断当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值是否超过设定倍数；其中，倍数的数值包括整数和小数，并且也可以根据被测装置所应用的场合进行选择。例如，倍数的数值可设置为2.5；在监控过程中，控制电路若监测到电信号变化规律与电流值的变化规律不一致，则进一步计算当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值，当比值大于2.5时，则断定光纤激光器处于模式不稳定状态。

在上述步骤S140中，控制电路若监测到光纤激光器出现模式不稳定现象，则输出高电平信号至驱动电源的继电器，进而继电器断开驱动电源以实现光纤激光器的自动安全保护。

在一些实施例中，图2所示的光纤激光器模式稳定性监控方法，还可包括步骤：

S150：实时判断信号光的电信号预测值是否超过光电探测器的饱和阈值；其中，所述电信号预测值和所述饱和阈值为同种电信号；

S160：在信号光的电信号预测值超过光电探测器的饱和阈值的情况下，发出提示信息，以提高衰减片的衰减系数。

随着驱动电源的电流值的增加，光纤中泄露的包层光也会增加，在衰减片的衰减系数不改变的情况下，被光电探测器接收的信号光的功率也会相应的升高。为了确保信号光功率满足光电探测器的饱和阈值要求，控制电路预先判断其估算出的电信号预测值是否超过光电探测器的饱和阈值；当电信号预测值超过光电探测器的饱和阈值时，发出提示信息，以提示提高衰减片的衰减系数。其中，提高衰减系数的方法可以为更换衰减系数更高的衰减片，例如预设的衰减片的衰减系数为30dB，更换为衰减系数为35dB或40dB的衰减片；也可以为通过采用衰减系数连续可调的衰减器来实现衰减系数的调整。

为使本领域技术人员更好地了解本发明，下面将以具体实施例说明本发明的实施方式。

实施例一：

采用本发明所公开的监控装置监控大功率窄线宽保偏光纤激光器；该激光器采用975nm的泵浦光源，泵浦光源的输出功率大于1kw；光纤采用PM20/400系列光纤；大功率剥离器采用微加工腐蚀型制作，并套有玻璃管，在玻璃管入端上部开设圆孔；FDS100或FDS1010型光电探测器安装在玻璃管的圆孔内，该光电探测器的响应波段为400nm～1100nm，响应时间小于50ns；滤波片对于中心波长为975nm的泵浦光的光反射率大于98％，对于中心波长为1064nm的信号光的透过率大于98％；衰减片的衰减系数为30dB，当在实验过程中发生光电探测器信号饱和的情况时，则将衰减片的衰减系数提高至35dB或者40dB；控制电路采集光电探测器的电信号及驱动电源的电流值，并将判断过程中所采用的预设倍数的数值设置为2.5；当检测出模式不稳定状态时，控制电路输出高电平信号控制驱动电源的继电器对驱动电源进行断电。

通过实验发现，该监控装置的成本全部价格低于人民币1000元，相比于通常使用的高速相机(价格数十万元)的实验方案，大大降低了研发成本。此外，该光纤激光器采用本发明中的监控装置在驱动电流为38.2A时检测到了模式不稳定现象，而采用高速相机在驱动电流为41.4A时才检测出模式不稳定状态，采用透镜、光电探测器加示波器的监测方法在驱动电流为40.2A时检测出模式不稳定状态；因此可以发现使用本发明中的监控装置不仅成本低，较常规方法还有着较高的灵敏度，并且在监测到模式不稳定状态时，可以通过自主断电的方式实现光纤激光器的自动保护。

实施例二：

采用本发明所公开的监控装置监控大功率掺铥光纤激光器；该激光器采用793nm的泵浦光源，泵浦光源的输出功率大于1kw；光纤采用PM25/400系列光纤；大功率剥离器采用微加工腐蚀型制作，并套有玻璃管，在玻璃管入端上部开设圆孔；FGA20型光电探测器安装在玻璃管的圆孔内，该光电探测器的响应波段为1200nm～2600nm，响应时间小于50ns；滤波片对于中心波长为793nm的泵浦光的光反射率大于98％，对于中心波长为2000nm的信号光的透过率大于98％；衰减片的衰减系数为30dB，当在实验过程中发生光电探测器信号饱和的情况时，则将衰减片的衰减系数提高至35dB或者40dB；控制电路采集光电探测器的电信号及驱动电源的电流值，并将判断过程中所采用的预设倍数的数值设置为2.5；当检测出模式不稳定状态时，控制电路输出高电平信号控制驱动电源的继电器对驱动电源进行断电。

由于目前没有适用于2μm波段的高速相机，因此可采用透镜、光电探测器和示波器所组成的实验方案进行比较。通过实验发现，本发明中的监控装置的成本全部价格低于人民币3000元，相比于通常使用的透镜、光电探测器和示波器(仅示波器的价格高达数万元)的实验方案，大大降低了研发成本。此外，该光纤激光器采用本发明中的监控装置在驱动电流为31.4A时检测到了模式不稳定现象，而采用透镜、光电探测器加示波器的监测方法在驱动电流为33.1A时才检测出模式不稳定状态；因此可以发现本发明较常规方法有着较高的灵敏度，且在监测到模式不稳定状态时，可以通过自主断电的方式实现光纤激光器的自动保护。

通过上述实施例可以发现，采用本发明实施例所公开的监测装置相比于采用包括示波器的装置或高速相机，能极大的降低研发成本；将光电探测器设置在包层光剥离器的内部，且通过滤波的方式仅接收信号光，使得信号光传输距离短、功率强，因而提高了监测的灵敏度；通过在监测装置中设置控制电路的方式，在监测到光纤激光器出现模式不稳定现象时，控制电路自动断开光纤激光器的驱动电源实现了光纤激光器的自动安全保护；通过控制光电探测器及控制电路的响应时间，还能确保在较短的时间内检测出光纤激光器模式稳定性的变化状态，进一步提高监控装置的灵敏度。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

上述所列实施例，显示和描述了本发明的基本原理与主要特征，但本发明不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本发明做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述监控装置包括：

光电探测器，其探测端用于设置在包层光剥离器的内部，以接收所述包层光剥离器从光纤中剥离的包层光；

滤波片，设置在所述探测端的外侧，用于滤除所述包层光中的泵浦光，增透所述包层光中的信号光；其中，所述光电探测器的响应波段包括信号光波段；

衰减片，设置在所述滤波片的一侧，用于衰减所述信号光，以使信号光的功率在所述光电探测器的饱和阈值以下；

控制电路，与所述光电探测器连接，用于接收所述光电探测器输出的信号光的电信号探测值；所述控制电路还用于与光纤激光器的驱动电源连接，以获取所述驱动电源的不断变化的电流值；所述控制电路利用自适应阈值算法，根据已接收的电信号探测值得出电信号变化规律，以及根据不断变化的电流值及已接收的电信号探测值估算当前电信号探测值对应的电信号预测值，判断电信号变化规律与所述电流值的变化规律是否一致且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值是否超过设定倍数，以及在电信号变化规律与所述电流值的变化规律不一致且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值超过设定倍数的情况下断开所述驱动电源。

2.根据权利要求1所述的光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述衰减片位于所述光电探测器的探测端与所述滤波片之间。

3.根据权利要求1所述的光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述衰减片为吸收型。

4.根据权利要求1所述的光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述滤波片对所述泵浦光的反射率大于98％，对所述信号光的透过率大于98％。

5.根据权利要求1所述的光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述滤波片滤除光谱的谱线宽度为±10nm。

6.根据权利要求5所述的光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述滤波片滤除的泵浦光的中心波长为915nm、976nm或793nm；所述滤波片增透的信号光的中心波长为1.06μm、1.08μm或2μm。

7.根据权利要求1所述的光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述控制电路的响应时间不超过100ms，所述光电探测器的响应时间不超过50ns。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光纤激光器模式稳定性监控装置，其特征在于，所述监控装置还包括所述包层光剥离器；所述包层光剥离器包括用于套设在光纤外部的玻璃管和封装所述玻璃管的外壳，所述玻璃管和所述外壳上开设有用于插设所述光电探测器的探测端的孔。

9.一种光纤激光器模式稳定性监控方法，其特征在于，适用于如权利要求1至8任一项所述的光纤激光器模式稳定性监控装置；所述监控方法包括：

接收光电探测器输出的信号光的电信号探测值，并获取光纤激光器的驱动电源的不断变化的电流值；

利用自适应阈值算法，根据已接收的电信号探测值得出电信号变化规律，以及根据不断变化的电流值及已接收的电信号探测值估算当前电信号探测值对应的电信号预测值；

判断电信号变化规律与所述电流值的变化规律是否一致，且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值是否超过设定倍数；

在电信号变化规律与所述电流值的变化规律不一致，且当前电信号探测值与相应的电信号预测值的比值超过设定倍数的情况下，输出断开指令至所述驱动电源。

10.根据权利要求9所述的光纤激光器模式稳定性监控方法，其特征在于，还包括：

实时判断信号光的电信号预测值是否超过光电探测器的饱和阈值；其中，所述电信号预测值和所述饱和阈值为同种电信号；

在信号光的电信号预测值超过光电探测器的饱和阈值的情况下，发出提示信息，以提高衰减片的衰减系数。

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