CN207423495U - 吸收系数测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种吸收系数测量装置，涉及光纤激光技术领域。所述吸收系数测量装置包括激光光源、合束器和光电探测单元，所述激光光源的输出端和所述合束器的一个输入端连接，所述合束器的输出端和待测光纤的一端连接，所述待测光纤的另一端和所述光电探测单元连接。相对于现有技术，本实用新型提供的吸收系数测量装置能够获得宽波长范围内的待测光纤吸收谱，适用于多种规格、多种稀土掺杂光纤的测量，且波长测量精度可调范围大、结构简单，可靠性和重复性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤激光技术领域，具体而言，涉及一种吸收系数测量装置。
背景技术
在高功率光纤激光研究中，增益光纤的性能对激光系统的激光性能有显著影响，增益光纤的共掺元素(如Al、P、Ge、B、Ce、F等元素)及其分布、折射率分布、稀土元素(Yb、Er、Tm、Ho等)掺杂以及光纤制备工艺(如MCVD、OVD、PCVD、气相掺杂法、溶液掺杂法等)等，决定了增益光纤的波导结构、吸收系数、损耗特性，进而对激光系统的激光效率、输出光谱、光束质量、非线性特性等产生显著影响。可见，增益光纤的性能测量是高功率光纤激光研究的重要方面。
光纤激光器具有效率高、光束质量好、结构紧凑、易于热管理等优点，在激光加工(焊接、切割)、医疗、遥感以及军事领域极具应用前景。稀土掺杂的有源光纤是光纤激光器的关键组成部分。稀土掺杂有源光纤对包层泵浦光的吸收系数一方面反映了光纤本身的性能，另一方面又决定了其在激光装置中的应用。
吸收系数通常采用截断法进行测量：在相同注入条件下测量光纤截断L m前后的泵浦光输出功率P0和P1，按照下式计算该光纤对泵浦光的吸收系数α。
截断法是测量光纤吸收系数的一种较为成熟的方法，已成熟运用到通讯单模和多模光纤吸收系数的测量中，且有商用设备可供使用。然而现有商用设备在稀土有源光纤吸收系数的测量中却存在较多问题，例如基线失真、步长精度不够等，测量结果准确性较差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种吸收系数测量装置，其能够有效改善上述问题。
本实用新型的实施例是这样实现的：
本实用新型实施例提供了一种吸收系数测量装置，其包括激光光源、合束器和光电探测单元，所述激光光源的输出端和所述合束器的一个输入端连接，所述合束器的输出端和待测光纤的一端连接，所述待测光纤的另一端和所述光电探测单元连接，
由所述激光光源输出的泵浦光由所述合束器的一个输入端进入所述合束器，并由所述合束器的输出端输出，
由所述合束器的输出端输出的泵浦光由所述待测光纤的一端进入所述待测光纤，并经过所述待测光纤，最终由所述待测光纤的另一端输出，被所述光电探测单元接收。
在本实用新型较佳的实施例中，所述激光光源的输出跳线和所述合束器的一根输入光纤通过光纤耦合单元连接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述光纤耦合单元为光纤法兰，所述激光光源的输出跳线和所述光纤法兰的一端连接，所述合束器的一根输入光纤通过裸纤适配器和所述光纤法兰的另一端连接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述激光光源的输出跳线和所述光纤法兰的一端通过螺纹紧固件固定连接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述激光光源的输出跳线和所述合束器的一根输入光纤熔接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述合束器的输出光纤和所述待测光纤远离所述光电探测单元的一端熔接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述待测光纤远离所述合束器的一端通过裸纤适配器和所述光电探测单元连接。
在本实用新型较佳的实施例中，所述激光光源为超连续谱激光光源。
在本实用新型较佳的实施例中，所述光电探测单元为光谱仪。
在本实用新型较佳的实施例中，所述合束器为2×1光纤合束器。
本实用新型实施例提供的吸收系数测量装置，通过设置激光光源、合束器和光电探测单元，并将所述激光光源的输出端和所述合束器的一个输入端连接，将所述合束器的输出端和待测光纤的一端连接，以及将所述待测光纤的另一端和所述光电探测单元连接，可使由所述激光光源输出的泵浦光由所述合束器的一个输入端进入所述合束器，并由所述合束器的输出端输出，再使由所述合束器的输出端输出的泵浦光由所述待测光纤的一端进入所述待测光纤，并经过所述待测光纤，最终由所述待测光纤的另一端输出，被所述光电探测单元接收。相对于现有技术，本实用新型实施例提供的吸收系数测量装置能够获得宽波长范围内的待测光纤吸收系数谱，适用于多种稀土掺杂如掺镱、掺铥、掺钕、掺铒、掺钬等多种类型、多种规格的有源光纤包层泵浦光吸收系数的测量，且波长测量精度可调范围大、结构简单，具有稳定可靠和重复性高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的吸收系数测量装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的加入光纤耦合单元的吸收系数测量装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种具体的吸收系数测量装置的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的20/400掺镱石英玻璃光纤(YDF)在850～1100nm范围的包层泵浦吸收系数谱图。
图标：100-激光光源；200-合束器；300-待测光纤；400-光电探测单元；500-光纤耦合单元；1000-吸收系数测量装置。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，“输入”、“输出”、“反馈”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该元件、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。
在本实用新型的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该吸收系数测量装置中各元件的工作原理，表现所述吸收系数测量装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
实施例
请参照图1，本实施例提供了一种吸收系数测量装置1000，其包括激光光源100、合束器200和光电探测单元400。所述激光光源100的输出端和所述合束器200的一个输入端连接，所述合束器200的输出端和待测光纤300的一端连接，所述待测光纤300的另一端和所述光电探测单元400连接。
本实施例中，由所述激光光源100输出的泵浦光由所述合束器200的一个输入端进入所述合束器200，并由所述合束器200的输出端输出；由所述合束器200的输出端输出的泵浦光再由所述待测光纤300的一端进入所述待测光纤300，并经过所述待测光纤300，最终由所述待测光纤300的另一端输出，被所述光电探测单元400接收。
本实施例中，所述待测光纤300可以是掺有稀土元素的有源光纤，例如稀土掺杂的双包层有源石英玻璃光纤，本实施例提供的装置即可用于测量该有源光纤的包层泵浦光吸收系数。
本实施例中，所述合束器200为一种光纤耦合器件，其可具有多根输入光纤以及一根输出光纤，可将从多根输入光纤输入的光信号合束到一根输出光纤中。所述合束器200的内部结构可为全光纤结构，多根输入光纤和一根输出光纤之间一般采用直接熔接的方式结合，该结构通过光纤端面直接熔融耦合与侧面熔接亲和所形成，具有较好的稳定性和高的可承受功率与亲和效率。
本实施例中，如图1所示，所述合束器200可以是2×1光纤合束器200，即所述合束器200可具有两根输入光纤和一根输出光纤。由所述激光光源100输出的泵浦光由所述合束器200的一根输入光纤进入所述合束器200，并由所述合束器200的输出光纤输出；由所述合束器200的输出光纤输出的泵浦光再由所述待测光纤300的一端进入所述待测光纤300，并经过所述待测光纤300，最终由所述待测光纤300的另一端输出，被所述光电探测单元400接收。
可以理解的是，本实施例中，所述合束器200的两根输入光纤中的一根与所述激光光源100的输出跳线连接，另一根剩下的输入光纤可以闲置不用，也可以做封闭处理。
请参照图2，本实施例中，所述激光光源100的输出跳线和所述合束器200的一个输入端通过光纤耦合单元500连接，即所述激光光源100的输出跳线通过所述光纤耦合单元500与所述合束器200的一根输入光纤连接。
作为一种优选的实施方案，本实施例中，如图3所示，所述光纤耦合单元500可以为光纤法兰。所述激光光源100的输出跳线和所述光纤法兰的一端连接，所述合束器200的一个输入端即合束器200的一根输入光纤通过裸纤适配器和所述光纤法兰的另一端连接。
本实施例中，所述激光光源100的输出跳线和所述光纤法兰的一端可以通过螺纹紧固件固定连接。根据所述激光光源100的输出跳线型号的不同，所述激光光源100的输出跳线和所述光纤法兰的连接方式可以是不同的，可以是本实施例中通过螺纹紧固件进行固定连接，也可以是输出跳线的末端旋紧在光纤法兰上，还可以是输出跳线通过末端的卡扣结构与所述光纤法兰卡扣式固定连接。
作为另一种可行的实施方式，所述激光光源100的输出跳线还可以直接与所述合束器200的一根输入光纤熔接。此时，需要先将所述激光光源100的输出跳线切开，露出激光光源100的输出尾纤后将所述输出尾纤和所述合束器200的一根输入光纤通过光纤熔接器熔接，并可以在熔接完成后进行光纤熔接处的胶涂覆与固化。
同样的，本实施例中，所述合束器200的输出光纤可以和所述待测光纤300远离所述光电探测单元400的一端熔接。
本实施例中，优选的，所述待测光纤300远离所述合束器200的一端通过裸纤适配器和所述光电探测单元400连接。可以理解的是，所述待测光纤300远离所述合束器200的一端还可以通过其他的光纤耦合器件与所述光电探测单元400进行连接。
本实施例中，所述激光光源100为超连续谱激光光源100，优选的，其波长覆盖范围可以是500～2500nm，功率为600mW。该超连续谱激光光源100能够发出宽波段范围内各种波长的泵浦光，其具有高的波长测量精度和较大的可调范围。可以理解的是，所述激光光源100还可以是其他类型的能够发出宽波段泵浦光的激光器。
本实施例中，所述光电探测单元400可以选择光谱仪等光电探测器件。所述光谱仪能够通过光电倍增管等光探测器测量通过待测光纤300的宽谱线上不同波长位置处的泵浦光强度(光功率)，获得通过待测光纤300的泵浦光的光谱。
本实施例提供的吸收系数测量装置1000，能够适用于多种规格光纤的测量，以及适用于多种稀土掺杂光纤的测量，其波长测量精度可调范围大、结构简单，具有稳定可靠和重复性高的优点。
以下介绍本实用新型实施例提供的吸收系数测量装置，在一种具体的实施情况下，进行待测光纤吸收系数测量的步骤：
(1)根据待测光纤(例如有源双包层光纤)的参数选择匹配的合束器、裸纤适配器，注意匹配代表几何尺寸、数值孔径的一致性；
(2)用光纤切割刀将合束器的泵浦尾纤(一根输入光纤)的一端切平角后插入裸纤适配器，通过光纤法兰与超连续谱激光光源(以下简称SC)的输出跳线连接起来；
(3)将待测双包层光纤盘绕成直径为D的线圈(要求D大于50倍光纤内包层直径)，并留出一定长度的光信号输出端和输入端。使用光纤切割刀将合束器输出光纤的一端和待测双包层光纤切平角，使用光纤熔接机将它们熔接在一起，熔点处裸纤再涂上低折射率紫外固化胶，可用手持式紫外固化灯照射使其固化；
(4)将待测双包层光纤的输出端切平角后插入裸纤适配器并连入光谱仪(以下简称OSA)，记录双包层光纤初始长度L0,单位：m；
(5)待光谱分析仪预热完成后打开SC并调至合适功率，根据待测有源光纤稀土元素种类设置合适的OSA测量参数(分辨率，波长检测范围等)，在OSA中记录光谱曲线S0(λ)，单位：dBm；
(6)上一步完成后，关闭SC；将待测光纤连同输出裸纤适配器从OSA中取出，将双包层光纤输出端截掉一定长度切平角后连上裸纤适配器，记剩余待测光纤长度L1,单位：m；
(7)将剩余待测光纤连入OSA，打开SC并调至与步骤(5)中相同的输出功率，在OSA中记录光谱曲线S1(λ)，单位：dBm；
(8)计算获得吸收系数谱：
图4为经过上述步骤测量出的20/400YDF(20/400型掺镱双包层石英玻璃光纤)在850～1100nm范围的包层泵浦吸收系数谱图。其中，合束器输出光纤的直径为400μm，数值孔径与20/400YDF包层数值孔径匹配，均为0.46；裸纤适配器为400μm规格；待测光纤初始长度L0为15.0m，截断14.8m后的剩余长度L1为0.2m，盘绕成直径为60cm的线圈；SC输出功率为500mW；OSA测量分辨率0.1nm，波长检测范围为850～1100nm。
如图4所示，该20/400YDF对915nm泵浦光的包层吸收系数为0.48dB/m，对976nm泵浦光的吸收系数为1.22dB/m。
综上所述，本实用新型实施例提供的吸收系数测量装置，通过设置激光光源、合束器和光电探测单元，并将所述激光光源的输出端和所述合束器的一个输入端连接，将所述合束器的输出端和待测光纤的一端连接，以及将所述待测光纤的另一端和所述光电探测单元连接，可使由所述激光光源输出的泵浦光由所述合束器的一个输入端进入所述合束器，并由所述合束器的输出端输出，再使由所述合束器的输出端输出的泵浦光由所述待测光纤的一端进入所述待测光纤，并经过所述待测光纤，最终由所述待测光纤的另一端输出，被所述光电探测单元接收。相对于现有技术，本实用新型实施例提供的吸收系数测量装置能够获得宽波长范围内的待测光纤吸收系数谱，适用于多种稀土掺杂如掺镱、掺铥、掺钕、掺铒、掺钬等多种类型、多种规格的有源光纤包层泵浦光吸收系数的测量，且波长测量精度可调范围大、结构简单，具有稳定可靠和重复性高的优点。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种吸收系数测量装置，其特征在于，包括激光光源、合束器和光电探测单元，所述激光光源的输出端和所述合束器的一个输入端连接，所述合束器的输出端和待测光纤的一端连接，所述待测光纤的另一端和所述光电探测单元连接，
由所述激光光源输出的泵浦光由所述合束器的一个输入端进入所述合束器，并由所述合束器的输出端输出，
由所述合束器的输出端输出的泵浦光由所述待测光纤的一端进入所述待测光纤，并经过所述待测光纤，最终由所述待测光纤的另一端输出，被所述光电探测单元接收。
2.根据权利要求1所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述激光光源的输出跳线和所述合束器的一根输入光纤通过光纤耦合单元连接。
3.根据权利要求2所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述光纤耦合单元为光纤法兰，所述激光光源的输出跳线和所述光纤法兰的一端连接，所述合束器的一根输入光纤通过裸纤适配器和所述光纤法兰的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述激光光源的输出跳线和所述光纤法兰的一端通过螺纹紧固件固定连接。
5.根据权利要求1所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述激光光源的输出跳线和所述合束器的一根输入光纤熔接。
6.根据权利要求1所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述合束器的输出光纤和所述待测光纤远离所述光电探测单元的一端熔接。
7.根据权利要求1所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述待测光纤远离所述合束器的一端通过裸纤适配器和所述光电探测单元连接。
8.根据权利要求1所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述激光光源为超连续谱激光光源。
9.根据权利要求1所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述光电探测单元为光谱仪。
10.根据权利要求1所述的吸收系数测量装置，其特征在于，所述合束器为2×1光纤合束器。
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