CN216436384U - 一种带回光监测的光纤合束器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带回光监测的光纤合束器，包括：泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束；泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束的输入端连接多模泵浦光纤、信号光纤，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束的输出端连接输出双包层光纤，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束和输出双包层光纤的连接点熔接形成输入输出光纤熔接点，输入输出光纤熔接点两侧分别设有光纤微透镜和温度传感单元，光纤微透镜与光电检测系统连接，温度传感单元与激光电控系统连接；合束器封装在金属封装外壳内。本实用新型通过实时监测光纤微透镜导入的光信号大小和温度传感单元反馈的温度大小，双重判断高功率激光器系统中的回光大小，实现回光监测。

Description

一种带回光监测的光纤合束器

技术领域

本实用新型涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种带回光监测的光纤合束器。

背景技术

高功率全光纤激光器通常是采用主振荡功率放大（MOPA）结构，其主放大部分主要核心组成部分为：高功率多模泵浦激光器，高功率拉锥式泵浦信号合束器，双包层增益光纤，带尾纤的准直输出头；高功率激光输出端通常采用带铠甲尾纤的准直输出头，输出头里的光作用在高反材料时会给激光系统引入大量回光，回光在反向经过光放大器时会进行放大，增益介质中高功率密度的正向与反向光会产生一些非线性效应，影响最终的输出有效激光功率，且极易烧坏增益光纤，同时还会损坏前级器件，尤其是隔离器，进一步还会损坏振荡器，因此有必要在放大链路中加入回光功率监测和保护功能。

现有的光纤激光器回光监测技术通常是在放大器级间加入高分光比耦合器监测，此技术方案只适用于低中功率光纤激光系统中，高功率光纤激光器系统中监测方案鲜少有人报道，然而，高功率光纤激光器系统中产生回光的可能性更高，危险性更强，因此高功率光纤激光器系统中的回光监测功能亟待解决。

高功率光纤激光器系统中，由于需要提高非线性效应的阈值，整个光纤链路长度要求尽量短，所用无源器件不宜多，因此需要提出一种新的带回光监测功能的特殊泵浦信号合束器结构，集泵浦信号合束功能与回光监测功能为一体，以实现在不增加额外器件和成本的同时，增加激光器系统的安全性。

发明内容

技术目的：针对现有技术中泵浦信号合束功能与回光监测功能不能合为一体的缺陷，本实用新型公开了一种带回光监测的光纤合束器，通过实时监测高功率激光器系统内光纤合束器中光纤微透镜导入的光信号大小和温度传感单元反馈的温度大小，来双重判断高功率激光器系统中的回光大小。

技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用以下技术方案。

一种带回光监测的光纤合束器，设置于包含激光器、光电检测系统和激光电控系统的高功率光纤激光器系统内，光纤合束器与激光器、光电检测系统和激光电控系统连接，其特征在于，光纤合束器包括：多模泵浦光纤、信号光纤、泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束、输出双包层光纤、输入输出光纤熔接点、金属封装外壳、光纤微透镜和温度传感单元；

泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束的输入端连接多模泵浦光纤、信号光纤，所述多模泵浦光纤的个数为若干个，多模泵浦光纤均匀围设在信号光纤的外周，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束的输出端连接输出双包层光纤，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束和输出双包层光纤的连接点熔接形成输入输出光纤熔接点，输入输出光纤熔接点两侧分别设有光纤微透镜和温度传感单元，光纤微透镜用于检测输入输出光纤熔接点处的光信号，温度传感单元用于检测输入输出光纤熔接点处的温度，根据光纤微透镜检测的光信号与温度传感单元检测的温度判断回光大小，实现双重回光监测；泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束、输出双包层光纤、输入输出光纤熔接点、光纤微透镜和温度传感单元封装在金属封装外壳内。

优选地，所述双重回光监测具体过程为：光纤微透镜与光电检测系统连接，光电检测系统用于将光纤微透镜检测的光信号转换为回光电压信号数值，温度传感单元与激光电控系统连接，激光电控系统显示温度传感单元检测的温度数值，高功率光纤激光器系统根据输出功率下降时检测的回光电压信号数值、温度数值设定回光电压阈值和温度阈值，使用过程中任一信号超出阈值即关闭高功率光纤激光器系统，实现双重回光监测。

优选地，所述信号光纤的芯径≤输出双包层光纤的芯径＜多模泵浦光纤的芯径。

优选地，所述金属封装外壳内依次设有滤除凹槽和滤除胶，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束、输出双包层光纤、输入输出光纤熔接点、光纤微透镜和温度传感单元通过滤除胶固定在滤除凹槽上，进而实现封装在金属封装外壳内，所述输入输出光纤熔接点位于滤除凹槽的中心。

优选地，所述滤除凹槽的截面为圆形、U型或方形，滤除凹槽内侧进行磨砂处理。所述滤除胶采用导热良好、折射率小于泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束和输出双包层光纤外包层折射率的紫外胶。

优选地，所述泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束和输出双包层光纤的连接点熔接形成输入输出光纤熔接点，熔接前，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束和输出双包层光纤的连接点进行超声波清洗。

优选地，所述温度传感单元采用热敏电阻。

有益效果：本实用新型通过实时监测高功率激光器系统内光纤合束器中光纤微透镜导入的光信号大小和温度传感单元反馈的温度大小，来双重判断高功率激光器系统中的回光大小，任一信号超限时，激光系统自动关闭，在提高了高功率光纤激光器的安全性和可靠性的同时，没有带来额外的成本。

附图说明

图1为本实用新型的总结构示意图；

其中，1为多模泵浦光纤，2为信号光纤，3为泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束，4为输出双包层光纤，5为输入输出光纤熔接点，6为金属封装外壳，7为滤除凹槽，8为滤除胶，9为光纤微透镜，10为温度传感单元。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的一种带回光监测的光纤合束器做进一步的说明和解释。

实施例：

如附图1所示，本实用新型公开了一种带回光监测的光纤合束器，设置于包含激光器、光电检测系统和激光电控系统的高功率光纤激光器系统内，光纤合束器与激光器、光电检测系统和激光电控系统连接，其特征在于，光纤合束器包括：多模泵浦光纤1、信号光纤2、泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3、输出双包层光纤4、输入输出光纤熔接点5、金属封装外壳6、光纤微透镜9和温度传感单元10；

泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3的输入端连接多模泵浦光纤1、信号光纤2，所述多模泵浦光纤1的个数为若干个，多模泵浦光纤1均匀围设在信号光纤2的外周，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3的输出端连接输出双包层光纤4，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3和输出双包层光纤4的连接点熔接形成输入输出光纤熔接点5，输入输出光纤熔接点5两侧分别设有光纤微透镜9和温度传感单元10，光纤微透镜9用于检测输入输出光纤熔接点5处的光信号，温度传感单元10用于检测输入输出光纤熔接点5处的温度，根据光纤微透镜9检测的光信号与温度传感单元10检测的温度判断回光大小，实现双重回光监测；泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3、输出双包层光纤4、输入输出光纤熔接点5、光纤微透镜9和温度传感单元10封装在金属封装外壳6内。

双重回光监测具体过程为：光纤微透镜9与光电检测系统连接，光电检测系统用于将光纤微透镜9检测的光信号转换为回光电压信号数值，温度传感单元10与激光电控系统连接，激光电控系统显示温度传感单元10的温度数值，高功率光纤激光器系统根据输出功率下降时检测的回光电压信号数值、温度数值设定回光电压阈值和温度阈值，使用过程中光纤微透镜9和温度传感单元10检测的任一信号超出阈值即关闭高功率光纤激光器系统，实现双重回光监测。

所述多模泵浦光纤1、信号光纤2、输出双包层光纤4的芯径关系为：信号光纤2的芯径≤输出双包层光纤4的芯径＜多模泵浦光纤1的芯径。

输出双包层光纤4的纤芯和包层直径由激光器输出功率要求决定。例如要达到kW级放大激光输出，输出双包层光纤4可选择芯径50um，包层400um的多模光纤。

所述温度传感单元10采用热敏电阻，如BT103F3950A-28L150，其灵敏度较高。

进一步的，金属封装外壳6内依次设有滤除凹槽7和滤除胶8，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3、输出双包层光纤4、输入输出光纤熔接点5、光纤微透镜9和温度传感单元10通过滤除胶8固定在滤除凹槽7上，进而实现封装在金属封装外壳6内，所述输入输出光纤熔接点5位于滤除凹槽7的中心。

所述滤除凹槽7的截面为圆形、U型或方形，滤除凹槽7内侧进行磨砂处理；

所述滤除胶8采用导热良好、折射率小于泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3和输出双包层光纤4外包层折射率的紫外胶；

所述泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3和输出双包层光纤4的连接点熔接形成输入输出光纤熔接点5，熔接前，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3和输出双包层光纤4的连接点进行超声波清洗。

本实用新型的工作原理为：

首先将多根多模泵浦光纤1均匀的围绕信号光纤2盘绕成光纤束，将光纤束穿过玻璃管熔融拉锥，使得拉锥光纤束腰的直径与输出光纤的外包层直径相当，然后从束腰处切断形成泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3，将泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束3与输出双包层光纤4熔接形成输入输出光纤熔接点5，熔接前对两种光纤切割端面进行超声波清洗，保证熔接质量；将熔接好的合束器放置在具有滤除凹槽7的金属封装外壳6中，使得输入输出光纤熔接点5位于滤除凹槽7的正中间，金属封装外壳6采用导热良好的金属材料制成，滤除凹槽7的内表面进行磨砂处理，以加强杂散光滤除效果，光纤微透镜9和高灵敏度热敏电阻放置在输入输出光纤熔接点5两侧附近，浸没在滤除胶8中，滤除胶8为一种折射率小于光纤外包层折射率的紫外胶，注胶后采用紫外灯照射的方式固定合束器、光纤微透镜、高灵敏度热敏电阻。

本实用新型中回光监测的过程为：

将合束器中光纤微透镜9尾纤输出的光信号接入光电检测系统，高灵敏度热敏电阻输出的电信号接入激光电控系统，通过将激光器输出激光打在不同的高反射率材料上，监测合束器中光纤微透镜9导入的光信号大小和热敏电阻反应的温度大小，找出两种反馈信号各自的一个安全的范围。例如激光打在不同高反材料上时，光电监测系统显示的回光电压信号分别为V₁，V₂，……，V_N，热敏电阻反馈的温度分别为T₁，T₂，……，T_N，读取激光系统显示的输出功率值，当某一回光电信号值V_X和某一温度值T_X导致激光系统显示的输出功率值稍有下降时，关闭激光器，根据回光电压信号值V_X和温度值T_X设置光电监测系统的回光电压信号阈值（即光电信号保护上限）、温度阈值（温度保护上限），如，设置回光电压信号保护上限为V_X/3，设置温度保护上限为T_X-2，使用过程中任一信号超限时关闭激光器系统，保护激光器系统免受损坏风险，实现回光双重保护的目的。

本实用新型通过实时监测光纤合束器中光纤微透镜9导入的光信号大小和热敏电阻反应的温度大小，来双重判断高功率激光器系统中的回光大小，任一信号超限时，激光系统自动关闭，在提高了高功率光纤激光器的安全性和可靠性的同时，没有带来额外的成本。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种带回光监测的光纤合束器，设置于包含激光器、光电检测系统和激光电控系统的高功率光纤激光器系统内，光纤合束器与激光器、光电检测系统和激光电控系统连接，其特征在于，光纤合束器包括：多模泵浦光纤（1）、信号光纤（2）、泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）、输出双包层光纤（4）、输入输出光纤熔接点（5）、金属封装外壳（6）、光纤微透镜（9）和温度传感单元（10）；

泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）的输入端连接多模泵浦光纤（1）、信号光纤（2），所述多模泵浦光纤（1）的个数为若干个，多模泵浦光纤（1）均匀围设在信号光纤（2）的外周，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）的输出端连接输出双包层光纤（4），泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）和输出双包层光纤（4）的连接点熔接形成输入输出光纤熔接点（5），输入输出光纤熔接点（5）两侧分别设有光纤微透镜（9）和温度传感单元（10），光纤微透镜（9）用于检测输入输出光纤熔接点（5）处的光信号，温度传感单元（10）用于检测输入输出光纤熔接点（5）处的温度，根据光纤微透镜（9）检测的光信号与温度传感单元（10）检测的温度判断回光大小，实现双重回光监测；泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）、输出双包层光纤（4）、输入输出光纤熔接点（5）、光纤微透镜（9）和温度传感单元（10）封装在金属封装外壳（6）内。

2.根据权利要求1所述的一种带回光监测的光纤合束器，其特征在于：所述光纤微透镜（9）与光电检测系统连接，光电检测系统用于将光纤微透镜（9）检测的光信号转换为回光电压信号数值，温度传感单元（10）与激光电控系统连接，激光电控系统显示温度传感单元（10）检测的温度数值，所述高功率光纤激光器系统用于根据输出功率下降时检测的回光电压信号数值、温度数值设定回光电压阈值和温度阈值，任一信号超出阈值即自关闭高功率光纤激光器系统。

3.根据权利要求1所述的一种带回光监测的光纤合束器，其特征在于：所述信号光纤（2）的芯径≤输出双包层光纤（4）的芯径＜多模泵浦光纤（1）的芯径。

4.根据权利要求1所述的一种带回光监测的光纤合束器，其特征在于：所述金属封装外壳（6）内依次设有滤除凹槽（7）和滤除胶（8），泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）、输出双包层光纤（4）、输入输出光纤熔接点（5）、光纤微透镜（9）和温度传感单元（10）通过滤除胶（8）固定在滤除凹槽（7）上，进而实现封装在金属封装外壳（6）内，所述输入输出光纤熔接点（5）位于滤除凹槽（7）的中心。

5.根据权利要求4所述的一种带回光监测的光纤合束器，其特征在于：所述滤除凹槽（7）的截面为圆形、U型或方形，滤除凹槽（7）内侧进行磨砂处理。

6.根据权利要求4所述的一种带回光监测的光纤合束器，其特征在于：所述滤除胶（8）采用导热良好、折射率小于泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）和输出双包层光纤（4）外包层折射率的紫外胶。

7.根据权利要求1所述的一种带回光监测的光纤合束器，其特征在于：所述泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）和输出双包层光纤（4）的连接点熔接形成输入输出光纤熔接点（5），熔接前，泵浦和信号光纤熔融拉锥光纤束（3）和输出双包层光纤（4）的连接点进行超声波清洗。

8.根据权利要求1所述的一种带回光监测的光纤合束器，其特征在于：所述温度传感单元（10）采用热敏电阻。

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