CN114152335B - 一种用于光纤光暗化的测量装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于光纤光暗化的测量装置及使用方法，高功率光纤激光器输出的激光，由激光接收体接收，通过反射镜将散射出来的激光反射至接收光纤，通过包层光滤除装置剥除接收光纤包层中存在的激光，并由光电探测器感测纤芯中输出的激光强度；将光纤激光器功率调至最大，调节反射镜的反射面角度，确保光电探测器感测的光强不饱和，记录电源在不同输出电流时光电探测器感测到的激光强度；采用高功率激光功率计替换掉激光接收体并保证高功率激光功率计与激光接收体的位置相同，记录电源在不同输出电流时对应的激光功率；建立光电探测器感测到的激光强度与激光功率的对应关系，并通过最小二乘法拟合出对应关系。可实现高功率激光的长时间功率监测。
Description
技术领域
本发明涉及光纤激光器光功率测量装置领域，具体涉及一种用于光纤光暗化的测量装置及使用方法。
背景技术
近年来，随着掺镱光纤激光器输出功率持续攀升以及应用领域不断拓展，在民用市场常见光纤激光器输出功率从五年前的1kw发展为现在10kw，甚至出现20kw的光纤激光器。因此，对其输出功率稳定性提出了更高的要求，然而掺镱光纤在长时间高功率工作时受到光子暗化效应的制约，使其输出功率降低，稳定性变差，严重限制了光纤激光器的进一步发展。
光子暗化效应指的是掺镱光纤在高功率、长时间工作时，出现功率下降、激光阈值增加、性能不稳定的现象。光子暗化最直接的测试方法为搭建高功率光纤激光器，测试其输出功率随时间的变化情况。
现有的高功率激光功率计，多为热辐射型功率计，并采用风冷或水冷的制冷方式对功率计进行冷却，在测量功率时需要将输出激光对准功率计探头的中心以提高功率的测量精度，但在功率计长时间工作时，因环境温度、水冷机制冷效果的变化，会造成功率计输出波动，造成激光功率测量的不准确；高功率激光长时间照射功率计探头会造成探头存在坏点，影响测量精度，且高功率激光功率计售价高，频繁更换探头增加了试验成本，不利于科研项目的推进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种成本低、测量精度高的用于光纤光暗化的测量装置及使用方法。
本发明采用的技术方案是：一种用于光纤光暗化的测量装置，包括高功率光纤激光器、制冷装置、激光接收体和光电探测器，还包括反射镜和接收光纤；
所述激光接收体设置在制冷装置中，所述高功率光纤激光器设置在激光接收体左侧，高功率光纤激光器的激光输出头对应于激光接收体的中心位置，所述反射镜置于激光接收体的左下方，反射镜反射面与激光接收体的角度能够调节，所述光电探测器设置在反射镜右侧，所述接收光纤设置在反射镜和光电探测器之间。
一种用于光纤光暗化的测量装置的使用方法，步骤如下：
步骤一，高功率光纤激光器的激光输出头输出的激光，由激光接收体接收的同时会有小部分激光以散射的形式反射出来，通过反射镜将散射出来的激光反射至接收光纤，接收光纤接收的激光存在于纤芯及光纤包层内，通过包层光滤除装置剥除接收光纤包层中存在的激光，并由光电探测器感测纤芯中输出的激光强度；
打开光纤激光器电源，将光纤激光器功率调至最大，调节反射镜的反射面角度，确保光电探测器感测的光强不饱和，调整完毕后，记录电源在不同输出电流时光电探测器感测到的激光强度；
步骤二，采用高功率激光功率计替换掉激光接收体，并保证高功率激光功率计与激光接收体的位置相同，记录电源在不同输出电流时对应的激光功率；
步骤三，建立光电探测器感测到的激光强度与激光功率的对应关系，并通过最小二乘法拟合出对应关系。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明是用于光纤激光器中光纤光暗化的测量装置及使用方法。
1、通过散射的方式采集激光功率，减小采集装置因热效应造成的功率检测不稳定，提高了测量精度。
2、在螺旋形状的凹槽的螺纹之间设置的数个“V”型槽或 “W”型槽，成倍增加了包层光的剥除效率，间接提高了光谱仪探头的检测效率。
3、测量装置结构简单，仅通过反射镜、烧球光纤、光电探测器即可实现高功率激光的长时间功率监测，且通过反射镜的角度调节可实现光电探测器接收的功率连续可调，可适用于多种感测精度的光电探测器，降低试验成本的同时增加了测量装置的适用性。
4、在包层光滤除装置上侧设置光谱仪探头，可以监测输出激光的光谱特性。
附图说明
图1为本发明测量装置的示意图；
图2为本发明接收光纤的结构示意图；
图3为本发明接收光纤的剖视结构示意图；
图4为本发明在螺纹凹槽之间的螺旋光纤包层上刻蚀有数个“W”型槽的示意图；
图5为本发明在螺纹凹槽之间的螺旋光纤包层上刻蚀有数个“V”型槽的示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于光纤光暗化的测量装置，包括高功率光纤激光器1、制冷装置2、激光接收体3和光电探测器5，还包括反射镜4和接收光纤6。
将激光接收体3设置在制冷装置2中，制冷装置2对激光接收体3进行冷却。
反射镜4表面镀有1060-1100nm的反射膜，反射镜4背部设置有角度调节装置，可以调节反射镜4的反射面与激光接收体3接收面之间的角度，通过角度的调节实现反射功率的无间断调整；当散射的激光以45°或60°入射在反射镜4表面时，能被完全反射，反射的激光功率为100%，当入射光以50°入射时，反射的激光功率为85%，以此类推，避免接收光纤6接收的散射激光功率过大。
如图2至图5所示，接收光纤6为双包层光纤，接收光纤6的入射端6-1及出射端6-2均为球状，以提高激光耦合进接收光纤6纤芯的效率。
接收光纤6制备时，通过光纤切割刀将接收光纤6的入射端及出射端切为平角，再通过高功率光纤熔接机或氢氧焰，对光纤切割面进行烧球，以得到球状的入射端6-1及出射端6-2。
在接收光纤6的涂覆层6-4上剥出一段光纤包层6-5，光纤包层6-5上设有包层光滤除装置6-3；
包层光滤除装置6-3结构为，沿接光纤包层6-5的轴向面上，以螺旋的方式在光纤包层6-5上刻蚀一段螺纹状凹槽6-3-1，沿相邻的螺纹凹槽6-3-1之间的光纤包层6-5螺旋面上，刻蚀有数个“W”型槽或数个“V”型槽，数个“W”型槽或数个“V”型槽排列结构为，沿光纤轴向方向交错设置，以提高包层光的剥除效果。
激光接收体3的材质与热辐射型高功率激光功率计的材质相同。
一种用于光纤光暗化的测量装置的使用，步骤如下：
步骤一，高功率光纤激光器1激光输出头1-1输出的激光由激光接收体3接收的同时会有小部分激光以散射的形式反射出来，通过反射镜4将散射出来的激光反射至接收光纤6，接收光纤6接收的激光存在于纤芯6-6及光纤包层6-5，通过包层光滤除装置6-3剥除接收光纤6包层中存在的激光，并由光电探测器感5感测纤芯6-6中输出激光强度；
打开光纤激光器1电源，将光纤激光器1功率调至最大,如5000W，调节反射镜4的反射面角度，确保光电探测器5感测的光强不饱和，调整完毕后，记录光纤激光器1电源在不同输出电流I1，I2，I3…In时，光电探测器5感测到的激光强度Px1，Px2，Px3…Pxn。
步骤二，采用高功率激光功率计替换掉激光接收体3，并保证高功率激光功率计与激光接收体3的位置相同，记录光纤激光器1电源在步骤一中的不同输出电流I1，I2，I3…In时，对应的激光功率Py1，Py2，Py3…Pyn。
步骤三，建立光电探测器5感测到的激光强度Px1，Px2，Px3…Pxn，与激光功率Py1，Py2，Py3…Pyn的对应关系，在坐标轴上画出点（Px1，Py1），（Px2，Py2），（Px3，Py3）…（Pxn，Pyn），并通过最小二乘法拟合出对应关系曲线方程Py=f（Px），由光电探测器5测得的任意激光强度Px换算成Py，Py为光纤激光器1的实际输出功率。
Claims (3)
1.一种用于光纤光暗化的测量装置，包括高功率光纤激光器（1）、制冷装置（2）、激光接收体（3）和光电探测器（5），其特征在于：还包括反射镜（4）和接收光纤（6）；
所述激光接收体（3）设置在制冷装置（2）中，所述高功率光纤激光器（1）设置在激光接收体（3）左侧，高功率光纤激光器（1）的激光输出头（1-1）对应于激光接收体（3）的中心位置，所述反射镜（4）置于激光接收体（3）的左下方，反射镜（4）反射面与激光接收体（3）的角度能够调节，所述光电探测器（5）设置在反射镜（4）右侧，所述接收光纤（6）设置在反射镜（4）和光电探测器（5）之间；
所述接收光纤（6）为双包层光纤，接收光纤（6）的入射端（6-1）及出射端（6-2）均为球状，在接收光纤（6）的涂覆层（6-4）上剥出一段光纤包层（6-5），所述光纤包层（6-5）上设有包层光滤除装置（6-3）；
所述包层光滤除装置（6-3）由沿光纤包层（6-5）的轴向面上，以螺旋的方式在光纤包层（6-5）上刻蚀一段螺纹状凹槽（6-3-1），沿相邻的螺纹凹槽（6-3-1）之间的光纤包层（6-5）螺旋面上，刻蚀有数个“W”型槽或数个“V”型槽构成。
2.根据权利要求1所述的一种用于光纤光暗化的测量装置，其特征在于：所述反射镜（4）反射面与激光接收体（3）的接收面之间的角度为45°～60°，通过角度的调节实现反射功率的无间断调整，当散射的激光以45°或60°入射在反射镜（4）表面时，能被完全反射，反射的激光功率为100%，当入射光以50°入射时，反射的激光功率为85%。
3.一种采用权利要求1所述的用于光纤光暗化的测量装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一，高功率光纤激光器（1）的激光输出头（1-1）输出的激光，由激光接收体（3）接收的同时会有小部分激光以散射的形式反射出来，通过反射镜（4）将散射出来的激光反射至接收光纤（6），接收光纤（6）接收的激光存在于纤芯（6-6）及光纤包层（6-5）内，通过包层光滤除装置（6-3）剥除接收光纤（6）包层中存在的激光，并由光电探测器（5）感测纤芯（6-6）中输出的激光强度；
打开光纤激光器（5）电源，将光纤激光器（5）功率调至最大，调节反射镜（4）的反射面角度，确保光电探测器（5）感测的光强不饱和，调整完毕后，记录电源在不同输出电流时光电探测器（5）感测到的激光强度；
步骤二，采用高功率激光功率计替换掉激光接收体（3），并保证高功率激光功率计与激光接收体（3）的位置相同，记录电源在不同输出电流时对应的激光功率；
步骤三，建立光电探测器（5）感测到的激光强度与激光功率的对应关系，并通过最小二乘法拟合出对应关系。
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