專利名稱：高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率光纖激光器，特別是一種高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
目前對于全光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光器，低功率下通過例如分光比為1:99的分束器分光進行采樣，通過光電二極管等合適的光功率探頭監(jiān)測采樣光的功率，來在線監(jiān)測輸出光功率。該方法由于分束器所能承受通光功率有限，通常不超過2W，且隨通光功率上限上升價格上升迅速，不適用于高功率全光纖激光器的功率在線監(jiān)測。目前對于高功率全光纖激光器的功率監(jiān)測，通常是通過監(jiān)測其泵源的電源輸出電功率，來標定激光器輸出端的光功率，由于泵源受溫度起伏及自身電光效率起伏等的影響， 該方法標定的光功率一般僅供用戶參考。另外，在非在線測試中，需要先在被加工件前和激光器輸出端間插入功率計，測試實際的激光功率輸出。之后再移開功率計，作用于被加工件，此時默認輸出功率不變且激光器正常工作。而事實上，由于受到泵源溫度變化、增益光纖自身的熱效應(yīng)等影響，激光器輸出功率通常是不穩(wěn)定的。而極端情況下，若光纖激光器光通路中某處因熱效應(yīng)或熱透鏡效應(yīng)發(fā)生損傷時，監(jiān)測電功率的方法會使操作者誤以為系統(tǒng)仍正常工作，容易導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)問題，使危害進一步惡化。而對于全光纖結(jié)構(gòu)的多級高功率光纖激光器，人們經(jīng)常需要關(guān)注各級激光器的實時輸出功率。尤其是當搭好整個激光器系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)輸出端輸出功率異常，需要逐級排查問題時，對于處于系統(tǒng)前部的種子級來說，由于傳統(tǒng)監(jiān)測電功率的方法原本就是建立在假設(shè)系統(tǒng)不變的基礎(chǔ)上，故失去了參考作用。而只在最后輸出端插入功率計的方法，顯然滿足不了逐級排查的要求。對于高功率光纖激光器而言，由于通光功率高導(dǎo)致熱效應(yīng)影響增加，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度提高導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)行性下降，這在實驗室測試和實際生產(chǎn)工作中已得到驗證，故更需要安全可靠的監(jiān)控手段的支持。

發(fā)明內(nèi)容
為有效解決了上述問題，本發(fā)明通過監(jiān)測泵浦濾除器濾除的泵浦光來標定輸出光的方法，可實時、在線應(yīng)用在高功率全光纖結(jié)構(gòu)光纖激光器中，為多級結(jié)構(gòu)的全光纖激光器各級功率監(jiān)測和功率預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)提供了技術(shù)手段。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置，其特點是內(nèi)置了光功率探頭的全光纖激光器的泵浦濾除器，具體結(jié)構(gòu)包括 一個光功率探頭；
一個金屬塊殼體，該金屬塊殼體具有通孔，在該通孔的一側(cè)壁上設(shè)有水冷散熱管道，另一側(cè)壁上設(shè)有供所述光功率探頭安裝的插設(shè)結(jié)構(gòu)，使所述的光功率探頭的探測面向所述的通孔內(nèi)；
一段雙包層光纖，該雙包層光纖中的一小段的涂覆層和外包層剝離后在其內(nèi)包層外進行粗糙化處理，或者涂覆上折射率高于內(nèi)包層的高折射率可固化涂覆膠，并稱為處理段，將所述的雙包層光纖穿過所述的通孔，使所述的處理段處于所述的通孔內(nèi)，用透明固化膠將所述通孔的兩端與所述的處理段兩端外未經(jīng)處理的雙包層光纖的涂覆層粘結(jié)固定。上述的高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置的制作方法，包括下列步驟
①將雙包層光纖中一段的涂覆層和外包層去除后，在其內(nèi)包層外表面進行粗糙化處理或者涂覆上折射率高于內(nèi)包層的高折射率可固化涂覆膠，目的是破壞內(nèi)包層外表面的全反射結(jié)構(gòu)，稱之為處理 段；
②加工金屬殼體，使之具有水冷散熱管道、通孔和光功率探頭安裝的插設(shè)結(jié)構(gòu)；
③將所述的雙包層光纖懸空地穿設(shè)在金屬殼體的通孔中，將所述的處理段兩端外未經(jīng)處理的雙包層光纖的涂覆層與所述的通孔的兩端用透明的固化膠密封固定；
④將光功率探頭安裝在所述的金屬殼體的插設(shè)結(jié)構(gòu)上；
⑤對所述的光功率探頭進行定標后即可使用。所述的通孔的直徑需比光纖直徑大，孔徑的取值范圍為4 6mm。所述的光功率探頭根據(jù)激光器所使用的泵浦光波段和泵浦光的功率進行選擇。本發(fā)明的工作原理如下
高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置，即內(nèi)置了光功率探頭的全光纖激光器的泵浦濾除器。所謂全光纖激光器的泵浦濾除器，指的是可以將包層中泵浦光過濾出來并控制被濾除光功率導(dǎo)致的熱效應(yīng)的裝置，用來實現(xiàn)的手段包括對雙包層光纖內(nèi)包層外表面進行粗糙化處理，或者在內(nèi)包層外重涂覆高折射率涂覆膠，兩者都破壞了泵浦光在光纖內(nèi)包層外表面的全反射條件。被散出的內(nèi)包層中的剩余泵浦光由的金屬塊外殼內(nèi)表面吸收后，轉(zhuǎn)換為熱量，經(jīng)由金屬殼體外表面和水冷帶走，使得其可在高功率下使用。本發(fā)明的技術(shù)效果如下
本發(fā)明克服了目前常用分束器分光來在線監(jiān)測輸出光功率的方法由于所能承受通光功率有限，不能用于高功率全光纖激光器的局限。本發(fā)明裝置不用停止激光器再在輸出端移走被加工件并插入功率計來測量功率， 且有別于通過監(jiān)控所加載電功率來標定光纖實際輸出的光功率的方法，可實時在線監(jiān)測全光纖高功率激光器的輸出狀態(tài)。


圖1為本發(fā)明高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為在典型的全光纖結(jié)構(gòu)高功率光纖激光器中使用本發(fā)明裝置的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置，包括
一個光功率探頭10 ；
一個金屬塊殼體2，該金屬塊殼體2具有通孔3，在該通孔3的一側(cè)壁上設(shè)有水冷散熱管道1)另一側(cè)壁上設(shè)有供所述的光功率探頭10安裝的插設(shè)結(jié)構(gòu)，使所述的光功率探頭10 的探測面向通孔3內(nèi)；
一段雙包層光纖，該雙包層光纖中的一小段的涂覆層5和外包層6剝離后在其內(nèi)包層 7外進行粗糙化處理，或者涂覆上折射率高于內(nèi)包層的高折射率可固化涂覆膠9，并稱為處理段，將所述的雙包層光纖穿過所述的通孔3，使所述的處理段處于所述的通孔3內(nèi)，用透明固化膠4將所述通孔3的兩端與未經(jīng)處理的雙包層光纖的涂覆層5粘結(jié)固定。上述的高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置的制作方法，包括下列步驟
①將一段雙包層光纖的涂覆層5和外包層6去除后，對內(nèi)包層外表面進行粗糙化處理或者涂覆上折射率高于內(nèi)包層的高折射率可固化涂覆膠9，目的是破壞內(nèi)包層外表面的全反射結(jié)構(gòu)；
②加工金屬殼體2，使之具有水冷散熱管道1、通孔3和光功率探頭10安裝的插設(shè)結(jié)
構(gòu)；
③將所述的雙包層光纖懸空地穿設(shè)在金屬殼體的通孔3中，將未經(jīng)處理的雙包層光纖的涂覆層5與通孔2的兩端用透明的固化膠4密封固定；
④將光功率探頭10安裝在所述的金屬殼體的插設(shè)結(jié)構(gòu)上；
⑤對所述的光功率探頭10進行定標后即可使用。現(xiàn)舉本發(fā)明裝置的一組具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，用以說明一個具體的實施例。如圖1所示， 選取一根纖芯直徑為20 μ m,內(nèi)包層直徑為400 μ m,涂覆層外徑600 μ m的雙包層無源光纖， 選取一段長度約30mm的區(qū)域，去除外包層涂覆，露出器內(nèi)包層，其內(nèi)包層材料的折射率為 1. 45。再用光纖涂覆機，給這段光纖涂覆上一層折射率為1. 5的折射率高于內(nèi)包層的可紫外固化的涂覆膠。選取一塊40X20X20的銅塊作為金屬塊殼體2，打一個用來直徑為6mm 的通孔3。在一側(cè)打好水道1接好水管，另一側(cè)打好用來固定光功率探頭用的通孔和4個 M2. 5的螺孔，并將光功率探頭10插入，在外側(cè)用螺絲固定。將上述處理好的光纖穿于該金屬殼體2的通孔3中，使被處理的部分完全處于通孔3中，與金屬殼體2兩端對齊的需要是未處理的光纖部分，用透明的快干膠將其固定于金屬殼體2的通孔3的兩端。下面再舉一個例子用以說明在光纖激光器中如何使用本發(fā)明裝置。如圖2所示，假設(shè)被監(jiān)測功率的全光纖結(jié)構(gòu)光纖激光器，由激光泵源201、泵浦光合束器202、增益光纖204和一對光纖光柵構(gòu)成的諧振腔203、205、輸出端207構(gòu)成。使用本裝置206時，將其熔 接于輸出端之前、諧振腔之后即可。裝置的光功率探頭10管腳引線便可供測量電路208使用。
權(quán)利要求
1.一種高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置，其特征是內(nèi)置了光功率探頭的全光纖激光器的泵浦濾除器，具體結(jié)構(gòu)包括一個光功率探頭(10);一個金屬塊殼體(2 )，該金屬塊殼體(2 )具有通孔(3 )，在該通孔(3 )的一側(cè)壁上設(shè)有水冷散熱管道(1)，另一側(cè)壁上設(shè)有供所述光功率探頭(10)安裝的插設(shè)結(jié)構(gòu)，使所述的光功率探頭(10)的探測面向所述的通孔(3)內(nèi)；一段雙包層光纖，該雙包層光纖中的一小段的涂覆層(5)和外包層(6)剝離后在其內(nèi)包層(7 )外進行粗糙化處理，或者涂覆上折射率高于內(nèi)包層的高折射率可固化涂覆膠(9 )， 并稱為處理段，將所述的雙包層光纖穿過所述的通孔(3)，使所述的處理段處于所述的通孔 (3)內(nèi)，用透明固化膠(4)將所述通孔(3)的兩端與所述的處理段兩端外未經(jīng)處理的雙包層光纖的涂覆層(5)粘結(jié)固定。
2.權(quán)利要求1中所述的高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置的制作方法，其特征在于包括下列步驟①將雙包層光纖中一段的涂覆層(5)和外包層(6)去除后，在其內(nèi)包層外表面進行粗糙化處理或者涂覆上折射率高于內(nèi)包層的高折射率可固化涂覆膠(9)，目的是破壞內(nèi)包層外表面的全反射結(jié)構(gòu)，稱之為處理段；②加工金屬殼體，使之具有水冷散熱管道(1)、通孔(3)和光功率探頭(10)安裝的插設(shè)結(jié)構(gòu)；③將所述的雙包層光纖懸空地穿設(shè)在金屬殼體的通孔(2)中，將所述的處理段兩端外未經(jīng)處理的雙包層光纖的涂覆層(5)與所述的通孔(2)的兩端用透明的固化膠(4)密封固定；④將光功率探頭(10)安裝在所述的金屬殼體的插設(shè)結(jié)構(gòu)上；⑤對所述的光功率探頭(10)進行定標后即可使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的通孔(3)的直徑需比光纖直徑大，孔徑的取值范圍為4 6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述的光功率探頭根據(jù)激光器所使用的泵浦光波段和泵浦光的功率進行選擇。
全文摘要
一種高功率光纖激光器功率在線監(jiān)測裝置，是內(nèi)置了光功率探頭的全光纖激光器的泵浦濾除器，通過監(jiān)測泵浦濾除器所濾除的殘留在包層中的光束質(zhì)量較差的泵浦光的功率，監(jiān)測光纖實際輸出光功率。本發(fā)明克服了目前常用分束器分光來在線監(jiān)測輸出光功率的方法由于所能承受通光功率有限，不能用于高功率全光纖激光器的局限。不用停止激光器再在輸出端移走被加工件并插入功率計來測量功率，且有別于通過監(jiān)控所加載電功率來標定實際輸出的光功率的方法，可實時在線監(jiān)測全光纖高功率激光器的輸出狀態(tài)。
文檔編號G01J1/02GK102322945SQ201110168339
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者何兵, 周軍, 范元媛, 鄭寄托 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所