一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置及其激光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及激光控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置及其激光器，本實(shí)用新型實(shí)時(shí)采集激光器中的光脈沖信號(hào)，并將該光脈沖信號(hào)通過轉(zhuǎn)換、調(diào)理與整形，得到標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)的重復(fù)頻率與預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行比較，若在預(yù)設(shè)的頻率范圍之外，則停止激光器中的光纖泵浦驅(qū)動(dòng)；若在預(yù)設(shè)的頻率范圍之內(nèi)，則獲取其峰值功率，并與預(yù)設(shè)的功率范圍進(jìn)行比較，若電壓信號(hào)的峰值功率低于預(yù)設(shè)的功率范圍，則停止激光器中的光纖泵浦驅(qū)動(dòng)。本實(shí)用新型能對(duì)光脈沖重復(fù)頻率和光功率進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測，使其根據(jù)激光器運(yùn)行狀態(tài)與故障源判斷進(jìn)行不同優(yōu)先級(jí)別的保護(hù)響應(yīng)，最大限度地提供系統(tǒng)可靠性。
【專利說明】
一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置及其激光器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及激光控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置、一種光纖脈沖激光放大器實(shí)時(shí)保護(hù)方法以及一種具有光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖因其柔軟、輕便的特性以及光纖器件小巧的結(jié)構(gòu)，使得光纖激光器和光纖激光啁啾脈沖放大器能夠很大程度地減小體積、減輕重量、提高可靠性、降低設(shè)備維護(hù)成本。光纖激光啁啾脈沖放大器一般采用高功率半導(dǎo)體激光器作為栗浦源，采用摻稀土元素光纖作為增益介質(zhì)，栗浦光與信號(hào)光經(jīng)波分復(fù)用器或光纖合束器等耦合進(jìn)入增益光纖，增益光纖在吸收栗浦光后形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)或非線性增益并產(chǎn)生自發(fā)輻射使信號(hào)光經(jīng)受激放大后實(shí)現(xiàn)激光放大。在由多級(jí)光纖放大器組成預(yù)放大器的光纖脈沖激光器中，進(jìn)入增益光纖中的信號(hào)光由前級(jí)種子激光器輸出或前一級(jí)預(yù)放大器輸出，具有特定的重復(fù)頻率與功率。
[0003]基于多級(jí)光纖放大器的光纖脈沖激光器在工作過程中，若進(jìn)入增益光纖中的信號(hào)光因前級(jí)某些光學(xué)器件突發(fā)故障而無法正常輸出或輸出光功率過低，處于高增益栗浦狀態(tài)下的栗浦光不僅會(huì)因自發(fā)輻射或自激振蕩產(chǎn)生雜散光能量驟然劇增對(duì)激光器內(nèi)部增益光纖、波分復(fù)用器、光纖合束器等昂貴光學(xué)器件造成瞬間損壞，還會(huì)對(duì)激光器內(nèi)部的電控線纜等產(chǎn)生毀滅性損壞。為了避免出現(xiàn)上述問題，現(xiàn)有的激光器中均設(shè)有針對(duì)光纖激光放大器監(jiān)測裝置。但由于光纖脈沖激光具有脈寬窄、重復(fù)頻率可變、脈沖幅值范圍寬等非標(biāo)特性，目前的監(jiān)測與保護(hù)裝置僅能針對(duì)該問題采用光譜儀、數(shù)字示波器等通用儀器對(duì)輸出激光進(jìn)行單端監(jiān)測，無法實(shí)現(xiàn)在毫秒量級(jí)對(duì)光纖激光放大器進(jìn)行高速閉環(huán)保護(hù)響應(yīng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的即在于提供一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置及其激光器。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型是一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置，其設(shè)置于激光器上，包括:
[0007]光電探測器，所述光電探測器用于實(shí)時(shí)采集激光器中光脈沖信號(hào)，并將該光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流脈沖信號(hào)；
[0008]放大調(diào)理器，所述放大調(diào)理器與所述光電探測器連接，用于對(duì)該電流脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與調(diào)理，得到標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)；
[0009]高速比較器，所述高速比較器與所述放大調(diào)理器連接，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，得到標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)的重復(fù)頻率與預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行比較，如該重復(fù)頻率在預(yù)設(shè)的頻率范圍之外，則生成第一異常信號(hào)，并通過通信模塊將該第一異常信號(hào)發(fā)送至主控模塊中；
[0010]高速數(shù)字邏輯電路，所述高速數(shù)字邏輯電路分別與所述高速比較器、激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路相接，用于根據(jù)第一異常信號(hào)，通過調(diào)節(jié)工作電平，關(guān)閉光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路；
[0011]峰值功率保持電路，所述峰值功率保持電路與所述放大調(diào)理器連接，用于獲取放大調(diào)理器的電壓脈沖信號(hào)，并保持該電壓脈沖信號(hào)的脈沖峰值電壓；
[0012]抗混疊濾波電路，所述抗混疊濾波電路與所述峰值功率保持電路連接，用于對(duì)通過該峰值功率保持電路后的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波，得到直流電壓信號(hào)；
[0013]高速采樣電路，所述高速采樣電路與所述抗混疊濾波電路連接，用于對(duì)直流電壓信號(hào)進(jìn)行采樣與轉(zhuǎn)換，獲得電壓信號(hào)的峰值功率；
[0014]主控模塊，所述主控模塊分別與所述高速采樣電路、所述高速比較器和激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路相接，用于將電壓信號(hào)的峰值功率與預(yù)設(shè)的功率范圍進(jìn)行比較，若電壓信號(hào)的峰值功率低于預(yù)設(shè)的功率范圍，則生成第二異常信號(hào)，并通過通信模塊控制光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉。
[0015]進(jìn)一步，所述主控模塊上連接有人機(jī)交互模塊和報(bào)警模塊，
[0016]所述人機(jī)交互模塊用于輸入控制命令，并通過主控模塊對(duì)預(yù)設(shè)的功率范圍和預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行修改；
[0017]所述報(bào)警模塊用于根據(jù)第一、第二異常信號(hào)進(jìn)行報(bào)警提示，其包括:信號(hào)指示燈、報(bào)警提示及報(bào)警信息記錄器。
[0018]進(jìn)一步，所述主控模塊通過放電電路與所述峰值功率保持電路，當(dāng)主控模塊接收到第一異常信號(hào)時(shí)，通過放電電路使該峰值功率保持電路停止工作。
[0019]進(jìn)一步，所述光電探測器上設(shè)有光學(xué)法蘭接口，該光電探測器通過光學(xué)法蘭接口與激光器中的光纖相連接。
[0020]本實(shí)用新型一種光纖脈沖激光放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器，包括:
[0021]實(shí)時(shí)采集激光器中的光脈沖信號(hào)，并將該光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流脈沖信號(hào)；
[0022]對(duì)該電流脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與調(diào)理，得到標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)；
[0023]將該標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，得到標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)的重復(fù)頻率與預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行比較，若在預(yù)設(shè)的頻率范圍之外，則停止激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng);若在預(yù)設(shè)的頻率范圍之內(nèi)，則保持標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)的脈沖峰值電壓并將其轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)；
[0024]獲取直流電壓信號(hào)的峰值功率，并與預(yù)設(shè)的功率范圍進(jìn)行比較，若電壓信號(hào)的峰值功率低于預(yù)設(shè)的功率范圍，則停止激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)。
[0025]進(jìn)一步，所述實(shí)時(shí)采集激光器中的光脈沖信號(hào)包括:
[0026]利用光學(xué)法蘭接口將激光器中的光纖與光電探測器的同軸尾纖連接，進(jìn)行對(duì)光信號(hào)的米集；
[0027]或，將激光器中的信號(hào)光聚焦到光電探測器的光敏面上進(jìn)行對(duì)光信號(hào)的采集。
[0028]進(jìn)一步，所述停止激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)之后包括:
[0029]根據(jù)比較結(jié)果得到相應(yīng)的報(bào)警信息，并根據(jù)該報(bào)警信息進(jìn)行報(bào)警提示。
[0030]本實(shí)用新型一種具有光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器，包括:依光路順序連接的種子激光器、前級(jí)光纖放大器、聲光調(diào)制器、反射鏡組、棒狀光纖主放大器和輸出反射鏡構(gòu)成;所述光路上接有如上所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置。
[0031]進(jìn)一步，所述前級(jí)光纖放大器和棒狀光纖主放大器的總量與所述光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的數(shù)量相等。
[0032]進(jìn)一步，所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置設(shè)置于前級(jí)光纖放大器和/或棒狀光纖主放大器的光路后方。
[0033]本實(shí)用新型能對(duì)光脈沖重復(fù)頻率和光功率進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測，使其根據(jù)激光器運(yùn)行狀態(tài)與故障源判斷進(jìn)行不同優(yōu)先級(jí)別的保護(hù)響應(yīng)，最大限度地提供系統(tǒng)可靠性，并可通過分析報(bào)警信息定位激光器的故障源，便于后期維修與故障排查。
【附圖說明】
[0034]為了易于說明，本實(shí)用新型由下述的較佳實(shí)施例及附圖作詳細(xì)描述。
[0035]圖1為本實(shí)用新型光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本實(shí)用新型光纖脈沖激光放大器實(shí)時(shí)保護(hù)方法的工作原理示意圖；
[0037]圖3為本實(shí)用新型具有光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4為本實(shí)用新型具有光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器的工作流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0040]請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型是一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置，其設(shè)置于激光器上，包括:
[0041]光電探測器101，所述光電探測器101用于對(duì)前級(jí)種子激光器或預(yù)放大器開啟后輸出特定重復(fù)頻率與功率的脈沖激光進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，得到光脈沖信號(hào)，并將該光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流脈沖信號(hào);光電探測器101可采用高線性度、響應(yīng)速度快的PIN探測器；
[0042]放大調(diào)理器102，所述放大調(diào)理器102與所述光電探測器101連接，用于對(duì)該電流脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與調(diào)理，得到標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)以便于后續(xù)電路處理;所述放大調(diào)理器102中的放大增益幅度可調(diào)，即可實(shí)現(xiàn)寬幅值范圍的脈沖信號(hào)采集與處理；
[0043]高速比較器103，所述高速比較器103與所述放大調(diào)理器102連接，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，得到標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)的重復(fù)頻率與預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行比較，如該重復(fù)頻率在預(yù)設(shè)的頻率范圍之外，則生成第一異常信號(hào)，并通過通信模塊109將該第一異常信號(hào)發(fā)送至主控模塊中；其實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)光的重復(fù)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，其中預(yù)設(shè)的頻率范圍由主控模塊進(jìn)行設(shè)定，重復(fù)頻率的判斷基準(zhǔn)為前級(jí)種子激光器或預(yù)放大器正常輸出時(shí)的重復(fù)頻率；
[0044]高速數(shù)字邏輯電路104，所述高速數(shù)字邏輯電路104分別與所述高速比較器103、激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路相接，用于根據(jù)第一異常信號(hào)，通過調(diào)節(jié)工作電平，關(guān)閉光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路；
[0045]若標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)的重復(fù)頻率出現(xiàn)異常，則輸出一路數(shù)字輸出給高速數(shù)字邏輯電路104按照預(yù)定的策略在第一時(shí)間觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，關(guān)斷光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路，關(guān)閉峰值功率保持電路的使能，同時(shí)通信模塊109將判定狀態(tài)告知主控模塊啟動(dòng)報(bào)警與在人機(jī)交互模塊中進(jìn)行提示。該高速比較器103、高速數(shù)字邏輯電路104、光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路所形成的一級(jí)高速閉環(huán)控制回路的核心保護(hù)響應(yīng)由高速數(shù)字邏輯電路104實(shí)現(xiàn)，并獨(dú)立于主控模塊，即使出現(xiàn)控制核心或通信模塊109失效的情況也可以由自身電路做出最基本保護(hù)動(dòng)作，時(shí)間延遲性優(yōu)于lms，其應(yīng)急保護(hù)控制的優(yōu)先級(jí)最高，從而最大程度避免關(guān)鍵的、昂貴的部分毀滅性損壞；
[0046]峰值功率保持電路105，所述峰值功率保持電路105與所述放大調(diào)理器102連接，用于獲取放大調(diào)理器102的電壓脈沖信號(hào)，并保持該電壓脈沖信號(hào)的脈沖峰值電壓；
[0047]抗混疊濾波電路106，所述抗混疊濾波電路106與所述峰值功率保持電路105連接，用于對(duì)通過該峰值功率保持電路105后的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波，得到直流電壓信號(hào)；
[0048]高速采樣電路107，所述高速采樣電路107與所述抗混疊濾波電路106連接，用于對(duì)直流電壓信號(hào)進(jìn)行采樣與轉(zhuǎn)換，獲得電壓信號(hào)的峰值功率；
[0049]經(jīng)放大調(diào)理器102進(jìn)行放大調(diào)理后的電壓脈沖信號(hào)經(jīng)峰值功率保持電路105、抗混疊濾波轉(zhuǎn)電路換成直流電壓信號(hào)，提供給高速采樣電路107進(jìn)行采樣，采樣電壓通過SPI總線傳遞給主控模塊，再根據(jù)電壓信號(hào)的峰值功率判斷是否出現(xiàn)光功率異常，且一級(jí)高速閉環(huán)控制回路未響應(yīng)，則通過通信模塊109對(duì)激光光纖栗浦驅(qū)動(dòng)源傳遞安全保護(hù)決策，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警提示。由于多次采用硬件緊急關(guān)閉栗浦源影響其長期使用壽命，因此采用上述雙閉環(huán)控制回路可根據(jù)激光器運(yùn)行狀態(tài)與故障源判斷實(shí)現(xiàn)不同優(yōu)先級(jí)別的保護(hù)響應(yīng)，不僅最大限度地提供系統(tǒng)可靠性，并可通過分析報(bào)警信息，定位激光器的故障源，便于后期維修與故障排查。
[0050]主控模塊108，所述主控模塊108分別與所述高速采樣電路107、所述高速比較器103和激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路相接，用于將電壓信號(hào)的峰值功率與預(yù)設(shè)的功率范圍進(jìn)行比較，若電壓信號(hào)的峰值功率低于預(yù)設(shè)的功率范圍，則生成第二異常信號(hào)，并通過通信模塊109控制光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉。峰值功率判斷基準(zhǔn)可由人機(jī)交互模塊寫入與修改，其中信號(hào)光的脈沖峰值功率PP-P與ADC采樣的脈沖峰值電壓值VP—P之間的標(biāo)定關(guān)系為:Pp—P = A*VP-P，A為匹配系數(shù)，由實(shí)際測試計(jì)算得出。如果前級(jí)種子激光器或預(yù)放大器出現(xiàn)突發(fā)故障導(dǎo)致輸出光重復(fù)頻率正常，但光功率過低超出功率判斷基準(zhǔn)范圍，主控模塊108通過通信模塊109發(fā)送指令將光纖放大器的栗浦驅(qū)動(dòng)關(guān)閉，并啟動(dòng)相應(yīng)報(bào)警響應(yīng)。
[0051 ]進(jìn)一步，所述主控模塊108上連接有人機(jī)交互模塊110和報(bào)警模塊111，
[0052]所述人機(jī)交互模塊110用于輸入控制命令，并通過主控模塊108對(duì)預(yù)設(shè)的功率范圍和預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行修改；
[0053]所述報(bào)警模塊111用于根據(jù)第一、第二異常信號(hào)進(jìn)行報(bào)警提示，其包括:信號(hào)指示燈、報(bào)警提示及報(bào)警信息記錄器。
[0054]進(jìn)一步，所述主控模塊108通過放電電路與所述峰值功率保持電路105，當(dāng)主控模塊108接收到第一異常信號(hào)時(shí)，通過放電電路使該峰值功率保持電路105停止工作。
[0055]進(jìn)一步，所述光電探測器101上設(shè)有光學(xué)法蘭接口，該光電探測器101通過光學(xué)法蘭接口與激光器中的光纖相連接。
[0056]請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)用新型一種光纖脈沖激光放大器實(shí)時(shí)保護(hù)方法，包括:
[0057]201.采集光脈沖信號(hào)
[0058]實(shí)時(shí)采集激光器中的光脈沖信號(hào)，并將該光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流脈沖信號(hào)；
[0059]其中，所述實(shí)時(shí)采集激光器中的光脈沖信號(hào)包括光纖傳輸與空間光傳輸兩種方式，其分別為:
[0060]利用光學(xué)法蘭接口將激光器中的光纖與光電探測器的同軸尾纖連接，進(jìn)行對(duì)光信號(hào)的米集；
[0061]或，將激光器中的信號(hào)光聚焦到光電探測器的光敏面上進(jìn)行對(duì)光信號(hào)的采集；
[0062]202.進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換與調(diào)理
[0063]對(duì)該電流脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與調(diào)理，得到標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)；
[0064]203.判斷重復(fù)頻率是否在預(yù)設(shè)的頻率范圍內(nèi)
[0065]將該標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，得到標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)的重復(fù)頻率與預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行比較，若在預(yù)設(shè)的頻率范圍之外，則停止激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng);若在預(yù)設(shè)的頻率范圍之內(nèi)，則保持標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)的脈沖峰值電壓并將其轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)；
[0066]204.判斷峰值功率是否在預(yù)設(shè)的功率范圍內(nèi)
[0067]獲取直流電壓信號(hào)的峰值功率，并與預(yù)設(shè)的功率范圍進(jìn)行比較，若電壓信號(hào)的峰值功率低于預(yù)設(shè)的功率范圍，則停止激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)。
[0068]205.停止光纖栗浦驅(qū)動(dòng)
[0069]停止激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)，并得到相應(yīng)的報(bào)警信息；
[0070]206.進(jìn)行報(bào)警提示
[0071]根據(jù)報(bào)警信息進(jìn)行報(bào)警提示并對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行顯示;該顯示的內(nèi)容可包括:“因重復(fù)頻率過低而停止”、“因峰值功率過低而停止”等。
[0072]請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)用新型一種具有光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器，包括:依光路順序連接的種子激光器1、前級(jí)光纖放大器、聲光調(diào)制器5、反射鏡組、棒狀光纖主放大器9和輸出反射鏡10構(gòu)成;所述光路上接有如上所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置。
[0073]進(jìn)一步，所述前級(jí)光纖放大器和棒狀光纖主放大器9的總量與所述光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的數(shù)量相等。
[0074]進(jìn)一步，所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置設(shè)置于前級(jí)光纖放大器和/或棒狀光纖主放大器9的光路后方。
[0075]下面以一個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的激光器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，其具體由種子激光器
1、第一光纖放大器2、第二光纖放大器4、聲光調(diào)制器5、第一反射鏡7、第二反射鏡8、棒狀光纖主放大器9、輸出反射鏡10順序連接構(gòu)成。其中，種子激光器1、第一光纖放大器2、第二光纖放大器4、聲光調(diào)制器5、之間通過光纖進(jìn)行連接;本實(shí)施例中反射鏡組由第一反射鏡7、第二反射鏡8組成，光纖放大器的數(shù)量為兩個(gè)，其分別為:第一光纖放大器2、第二光纖放大器4;為了對(duì)光纖脈沖激光器內(nèi)部光纖放大器的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控與超快保護(hù)，在各級(jí)光纖放大器后設(shè)有第一監(jiān)測點(diǎn)3、第二監(jiān)測點(diǎn)6以及第三監(jiān)測點(diǎn)11。每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置一個(gè)光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置既可獨(dú)立工作，也可在基于多級(jí)光纖放大器的光纖脈沖激光器系統(tǒng)中由多個(gè)系統(tǒng)集成工作，由于本實(shí)例激光器系統(tǒng)由兩級(jí)光纖預(yù)放大與一級(jí)主放大組成，所以設(shè)置三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。在本實(shí)施例中，所述前級(jí)光纖放大器的數(shù)量為一個(gè)以上，每個(gè)前級(jí)光纖放大器的后方光路上均設(shè)有一個(gè)所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置;且所述光路通過輸出反射鏡10后分為兩路，一路進(jìn)行輸出，另一路進(jìn)入一個(gè)所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置中。
[0076]本實(shí)用新型的激光器在運(yùn)行過程中，請(qǐng)參閱圖4，其具體工作過程為:
[0077]種子激光器I輸出波長1030nm，脈寬600ps，重復(fù)頻率50MHz的脈沖激光，經(jīng)第一光纖放大器2進(jìn)行一級(jí)預(yù)放大，預(yù)放大輸出光經(jīng)光纖分束器連接帶尾纖的PIN光電探測器，將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)進(jìn)入第一監(jiān)測點(diǎn)3上的保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測一級(jí)預(yù)放大輸出光的頻率與功率，若第一監(jiān)測點(diǎn)3上的保護(hù)裝置檢測到光頻率異常，則系統(tǒng)啟動(dòng)最高優(yōu)先級(jí)應(yīng)急保護(hù)，在毫秒量級(jí)按照預(yù)設(shè)邏輯硬件緊急關(guān)閉棒狀光纖主放大9、第二光纖放大器4、第一光纖放大器2，避免了后級(jí)放大器及相關(guān)光學(xué)器件因沒有信號(hào)光而造成瞬間損壞，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警響應(yīng)與報(bào)警信息提示。若第一監(jiān)測點(diǎn)3上的保護(hù)裝置檢測到光功率異常，則系統(tǒng)啟動(dòng)二級(jí)應(yīng)急保護(hù)機(jī)制，主控通過通信協(xié)議按照預(yù)設(shè)程序關(guān)閉棒狀光纖主放大9、第二光纖放大器4、第一光纖放大器2，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警響應(yīng)與報(bào)警信息提示。若第一監(jiān)測點(diǎn)3上的保護(hù)裝置檢測到光頻率與功率均正常，則信號(hào)光經(jīng)過第二光纖放大器4進(jìn)行二級(jí)預(yù)放大，進(jìn)入聲光調(diào)制器5降頻輸出頻率100KHz-2MHz的脈沖激光，經(jīng)光纖分束器連接帶尾纖的PIN光電探測器，將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)進(jìn)入第二監(jiān)測點(diǎn)6上的保護(hù)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測二級(jí)預(yù)放大輸出光的頻率與功率，若第二監(jiān)測點(diǎn)6上的保護(hù)裝置檢測到光頻率異常，則系統(tǒng)啟動(dòng)最高優(yōu)先級(jí)應(yīng)急保護(hù)，在Ims內(nèi)按照預(yù)設(shè)邏輯硬件緊急關(guān)閉棒狀光纖主放大9、第二光纖放大器4，避免了后級(jí)放大器及相關(guān)光學(xué)器件因沒有信號(hào)光而造成損壞，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警響應(yīng)與報(bào)警信息提示。若第二監(jiān)測點(diǎn)6上的保護(hù)裝置檢測到光功率異常，則系統(tǒng)啟動(dòng)二級(jí)應(yīng)急保護(hù)機(jī)制，主控通過通信協(xié)議按照預(yù)設(shè)程序關(guān)閉光纖棒狀光纖主放大9、放大器4，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警響應(yīng)與報(bào)警信息提示。若第二監(jiān)測點(diǎn)6上的保護(hù)裝置檢測到光頻率與功率均正常，則信號(hào)光經(jīng)過反射鏡7和8進(jìn)入棒狀光纖9進(jìn)行主放大，輸出空間光經(jīng)空間光電探測器接收并將電脈沖信號(hào)輸入第三監(jiān)測點(diǎn)11上的保護(hù)裝置，若第三監(jiān)測點(diǎn)11上的保護(hù)裝置檢測到光頻率異常，則系統(tǒng)啟動(dòng)最高優(yōu)先級(jí)應(yīng)急保護(hù)，在Ims內(nèi)按照預(yù)設(shè)邏輯硬件緊急關(guān)閉棒狀光纖主放大9，避免了棒狀光纖及相關(guān)光學(xué)器件因沒有信號(hào)光而造成損壞，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警響應(yīng)與報(bào)警信息提示。若第三監(jiān)測點(diǎn)11上的保護(hù)裝置檢測到光功率異常，則系統(tǒng)啟動(dòng)二級(jí)應(yīng)急保護(hù)機(jī)制，主控通過通信協(xié)議按照預(yù)設(shè)程序關(guān)閉光纖棒狀光纖主放大9，同時(shí)啟動(dòng)報(bào)警響應(yīng)與報(bào)警信息提示。通過對(duì)基于多級(jí)光纖放大器的光纖脈沖激光器的各級(jí)放大信號(hào)光進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，使激光器在不同工作狀態(tài)下都能處于閉環(huán)保護(hù)模式，提高了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，從而最大程度避免關(guān)鍵的、昂貴的光學(xué)器件毀滅性損壞，并且根據(jù)報(bào)警信息的提示可對(duì)激光器的故障源進(jìn)行快速定位，便于后期維護(hù)與維修，實(shí)現(xiàn)了超快飛秒激光器的智能自動(dòng)化控制。
[0078]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置，其設(shè)置于激光器上，其特征在于，包括: 光電探測器，所述光電探測器用于實(shí)時(shí)采集激光器中光脈沖信號(hào)，并將該光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流脈沖信號(hào)； 放大調(diào)理器，所述放大調(diào)理器與所述光電探測器連接，用于對(duì)該電流脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與調(diào)理，得到標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)； 高速比較器，所述高速比較器與所述放大調(diào)理器連接，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)幅值的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，得到標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)，并對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)的重復(fù)頻率與預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行比較，如該重復(fù)頻率在預(yù)設(shè)的頻率范圍之外，則生成第一異常信號(hào)，并通過通信模塊將該第一異常信號(hào)發(fā)送至主控模塊中； 高速數(shù)字邏輯電路，所述高速數(shù)字邏輯電路分別與所述高速比較器、激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路相接，用于根據(jù)第一異常信號(hào)，通過調(diào)節(jié)工作電平，關(guān)閉光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路；峰值功率保持電路，所述峰值功率保持電路與所述放大調(diào)理器連接，用于獲取放大調(diào)理器的電壓脈沖信號(hào)，并保持該電壓脈沖信號(hào)的脈沖峰值電壓； 抗混疊濾波電路，所述抗混疊濾波電路與所述峰值功率保持電路連接，用于對(duì)通過該峰值功率保持電路后的電壓脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波，得到直流電壓信號(hào)； 高速采樣電路，所述高速采樣電路與所述抗混疊濾波電路連接，用于對(duì)直流電壓信號(hào)進(jìn)行采樣與轉(zhuǎn)換，獲得電壓信號(hào)的峰值功率； 主控模塊，所述主控模塊分別與所述高速采樣電路、所述高速比較器和激光器中的光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路相接，用于將電壓信號(hào)的峰值功率與預(yù)設(shè)的功率范圍進(jìn)行比較，若電壓信號(hào)的峰值功率低于預(yù)設(shè)的功率范圍，則生成第二異常信號(hào)，并通過通信模塊控制光纖栗浦驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置，其特征在于，所述主控模塊上連接有人機(jī)交互模塊和報(bào)警模塊， 所述人機(jī)交互模塊用于輸入控制命令，并通過主控模塊對(duì)預(yù)設(shè)的功率范圍和預(yù)設(shè)的頻率范圍進(jìn)行修改； 所述報(bào)警模塊用于根據(jù)第一、第二異常信號(hào)進(jìn)行報(bào)警提示，其包括:信號(hào)指示燈、報(bào)警提示及報(bào)警信息記錄器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置，其特征在于，所述主控模塊通過放電電路與所述峰值功率保持電路，當(dāng)主控模塊接收到第一異常信號(hào)時(shí)，通過放電電路使該峰值功率保持電路停止工作。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置，其特征在于，所述光電探測器上設(shè)有光學(xué)法蘭接口，該光電探測器通過光學(xué)法蘭接口與激光器中的光纖相連接。5.一種具有光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器，其特征在于，包括:依光路順序連接的種子激光器、前級(jí)光纖放大器、聲光調(diào)制器、反射鏡組、棒狀光纖主放大器和輸出反射鏡構(gòu)成;所述光路上接有如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有光纖脈沖激光放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器，其特征在于，所述前級(jí)光纖放大器和棒狀光纖主放大器的總量與所述光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的數(shù)量相等。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有光纖脈沖激光放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置的激光器，其特征在于，所述的光纖放大器實(shí)時(shí)保護(hù)裝置設(shè)置于前級(jí)光纖放大器和/或棒狀光纖主放大器的光路后方。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK205565283SQ201521126050
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日
【發(fā)明人】楊洋, 姜寶寧, 李方輝, 楊直, 楊小君, 趙衛(wèi)
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所