本實用新型屬于光電檢測領(lǐng)域，涉及一種用于高功率光纖激光器的全光纖功率測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，高功率光纖激光器作為一種新型固態(tài)激光器，因其轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)緊湊并能輸出大功率等特點而廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、3D打印、激光醫(yī)療以及軍事國防等領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中，由于泵浦源溫漂、增益光纖受熱、以及工作環(huán)境等影響，高功率光纖激光器輸出功率通常是不穩(wěn)定的。因此，無論是在一般工業(yè)加工、3D打印還是激光醫(yī)療等領(lǐng)域都需要對光纖激光器的輸出功率進(jìn)行在線監(jiān)測。

一般激光輸出功率在線測量方法是采用分光器件進(jìn)行分光測量，即從輸出功率中取樣，然后對取樣部分進(jìn)行測量。傳統(tǒng)高功率光纖激光功率測量的取樣方法一般分為兩種：采用空間分立器件(如分光鏡)和光纖插入器件(如分束器)。采用空間分立器件的取樣方法中使用的高分光比分光鏡需要空間裝調(diào)，降低了光纖激光器的機械穩(wěn)定性，并且制作困難、成本較高。此外，分光鏡的熱透鏡效應(yīng)會使得輸出激光的光束質(zhì)量劣化。采用光纖分束器的取樣方法雖具有較高的機械穩(wěn)定性，但光纖分束器的插入會對光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微擾，引發(fā)模式耦合，進(jìn)而導(dǎo)致光束質(zhì)量劣化；光纖分束器對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)完整性的破壞將導(dǎo)致光纖發(fā)熱，影響整個系統(tǒng)安全性；另外，較低分束比的光纖分束器會降低系統(tǒng)的輸出功率，而高分束比的光纖分束器卻難以制作。因此，在實際工程化應(yīng)用中，傳統(tǒng)的在線監(jiān)測激光輸出功率的方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、安全系數(shù)低，并不適合對高功率光纖激光器輸出功率進(jìn)行實時在線監(jiān)測，所以設(shè)計更有效的在線測量系統(tǒng)具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述背景技術(shù)中存在的傳統(tǒng)在線監(jiān)測激光輸出功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易使輸出激光光束質(zhì)量劣化的問題，本實用新型提供了一種用于高功率光纖激光器的全光纖功率測量系統(tǒng)。

本實用新型的技術(shù)解決方案是：

一種用于高功率光纖激光器的全光纖功率測量系統(tǒng)，包括輸出光纖、光能量取樣單元、光電探測器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元；所述輸出光纖與待測光纖激光器相連；所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集光電探測器的輸出信號；所述數(shù)據(jù)處理單元用于獲得待測光纖激光器的輸出功率值；所述顯示單元用于顯示待測光纖激光器的輸出功率值。

其特殊之處在于：

所述光能量取樣單元包括耦合光纖；

所述輸出光纖具有第一去涂覆區(qū)，所述耦合光纖具有第二去涂覆區(qū)；所述第一去涂覆區(qū)和第二去涂覆區(qū)采用光學(xué)膠固定，形成光能量耦合區(qū)；所述輸出光纖中的部分光能量通過所述光能量耦合區(qū)轉(zhuǎn)移到所述耦合光纖中傳輸，實現(xiàn)光能量取樣；

所述光電探測器位于耦合光纖的輸出端，用于探測耦合光纖所輸出的光信號。

基于上述基本技術(shù)方案，本實用新型可作出如下優(yōu)化：

為增強耦合光纖的耦合取樣效果，上述耦合光纖的第二去涂覆區(qū)為拉錐光纖，其錐形的均勻部分和第二去涂覆區(qū)采用光學(xué)膠固定。

上述輸出光纖和耦合光纖在光能量耦合區(qū)采用封裝外殼封裝固定，以增強功率測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本實用新型的優(yōu)點是：

1、本實用新型的光能量取樣單元采用全光纖結(jié)構(gòu)，利用光纖倏逝波耦合，將極少部分激光能量從輸出光纖轉(zhuǎn)移到耦合光纖中傳輸，此方法無需插入分束器、或在出射光路上插入光學(xué)器件，不破壞光纖激光器的全光纖結(jié)構(gòu)，避免了對輸出激光造成不必要的擾動，可實現(xiàn)對高功率光纖激光的無干擾在線測量。

2、本實用新型不需要承受強激光輻照，無激光損傷閾值問題，可用于高功率、高能量的光纖激光取樣和在線監(jiān)測。

3、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、成本低廉，易于實施。

附圖說明

圖1是本實用新型的在線功率測量系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本實用新型的光能量取樣示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型所提供的用于高功率光纖激光器的全光纖功率測量系統(tǒng)包括輸出光纖、光能量取樣單元、光電探測器、數(shù)據(jù)采集單元及數(shù)據(jù)處理單元和顯示單元。

輸出光纖2與高功率光纖激光器1相連；將輸出光纖2某位置的一段區(qū)域進(jìn)行去涂覆處理，形成第一去涂覆區(qū)11。

光能量取樣單元3包括耦合光纖6；將耦合光纖6的某位置的一段區(qū)域進(jìn)行去涂覆處理，形成第二去涂覆區(qū)12。

第一去涂覆區(qū)11和第二去涂覆區(qū)12采用光學(xué)膠固定形成光能量耦合區(qū)13。為進(jìn)一步增強功率測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性輸出光纖2和耦合光纖6在光能量耦合區(qū)13用光學(xué)膠固定后再采用封裝外殼封裝固定。

由于光纖制造工藝的缺陷、光纖熔接以及光纖器件插入的干擾，當(dāng)激光在輸出光纖2中傳輸時，主要以纖芯模式9傳輸，部分激光會耦合到包層中形成包層模式10傳輸。因此當(dāng)?shù)谝蝗ネ扛矃^(qū)11和第二去涂覆區(qū)12靠近或靠緊時，輸出激光中以包層模式10傳輸?shù)牟糠止饽芰繒D(zhuǎn)移到耦合光纖6中傳輸，從而實現(xiàn)光能量取樣。

光能量耦合區(qū)13的長度由光能量耦合區(qū)13中兩光纖(輸出光纖和耦合光纖)的參數(shù)、靠近距離以及預(yù)期耦合效率決定。本實施例中光能量耦合區(qū)13的長度為1cm。

光電探測器5位于耦合光纖6的輸出端，用于探測耦合光纖6所輸出的光信號，并將所探測到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出；

數(shù)據(jù)采集單元7與光電探測器5相連，用于采集光電探測器5的輸出信號。本實施例的數(shù)據(jù)采集單元7由前置放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路組成，采用前置放大電路對光電探測器5的輸出信號進(jìn)行放大，然后利用A/D轉(zhuǎn)換電路對所放大后的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

數(shù)據(jù)處理單元8用于獲得待測光纖激光器的輸出功率值。

顯示單元14用于顯示待測光纖激光器的輸出功率值。

在使用本實用新型所提供的功率測量系統(tǒng)對光纖激光器1的功率進(jìn)行在線監(jiān)測前，需對本實用新型事先標(biāo)定，具體標(biāo)定方法為：

1、在輸出光纖2的輸出端設(shè)置功率計，用于測量高功率光纖激光器1的輸出功率。

2、對光電探測器的輸出信號(電壓等)和光纖激光器的輸出功率的線性關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定(即對功率測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定)：

2.1數(shù)據(jù)采集單元采集高功率光纖激光器1的輸出功率信號以及光電探測器的輸出信號；

2.2數(shù)據(jù)處理單元對上述步驟2.1中數(shù)據(jù)采集單元所獲得的信號進(jìn)行處理，得到光電探測器5的輸出信號(電壓等)與高功率光纖激光器1的輸出功率之間的對應(yīng)關(guān)系。

按照上述方法對本實用新型的功率測量系統(tǒng)標(biāo)定后，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)光電探測器5的輸出信號(電壓等)與高功率光纖激光器1的輸出功率之間的對應(yīng)關(guān)系獲得高功率光纖激光器1的輸出功率值，同時將測量結(jié)果進(jìn)行顯示，實現(xiàn)高功率光纖激光器輸出功率的實時在線測量。