一種高功率全光纖激光器在線功率監(jiān)測裝置及其封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是激光器監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高功率全光纖激光器在線功率監(jiān)測裝置及其封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率全光纖激光器的在線功率監(jiān)測對(duì)于保護(hù)工程化激光器的安全運(yùn)行有著重要意義。對(duì)于MOPA結(jié)構(gòu)高功率固體激光器，全光纖激光器常常作為種子源，若整個(gè)激光器運(yùn)行過程中光纖激光器發(fā)生功率異常，將會(huì)影響整個(gè)激光器系統(tǒng)的性能，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)引起后續(xù)整個(gè)放大鏈路的損毀。另一方面，對(duì)于高功率全光纖激光器本身，運(yùn)行過程中易發(fā)生Fiber fuse等危險(xiǎn)，而Fiber fuse會(huì)以很快速度沿光纖鏈路逆向傳輸，若不及時(shí)關(guān)閉激光器電源，將會(huì)使整個(gè)全光纖激光器鏈路完全損毀。針對(duì)上述以及其他情況，若能在全光纖激光器中加入在線實(shí)時(shí)功率監(jiān)測，并與整個(gè)激光器系統(tǒng)電源形成閉環(huán)控制，將可以在全光纖激光器發(fā)生功率異常時(shí)及時(shí)關(guān)閉整個(gè)激光器系統(tǒng)，從而達(dá)到保護(hù)激光器系統(tǒng)和運(yùn)行人員，減小損失的目的。
[0003]目前對(duì)于全光纖激光器，常在光纖鏈路中加入分束器分光進(jìn)行功率監(jiān)測，但目前分束器承受功率有限，無法滿足高功率情況下的功率監(jiān)測要求。美國專利“Power monitorfor optical fiber using background scattering”(專利號(hào) US 20140313513A1 )，主要通過監(jiān)測光纖纖芯在光纖中的瑞利散射光來監(jiān)測激光器功率，但其瑞利散射光功率相對(duì)較小，且它的探測需要將光纖剝掉涂覆層，將探測器與裸露光纖放置在一起，大大降低了該段光纖的機(jī)械性能?！叭饫w光功率監(jiān)測器”專利(專利號(hào)CN 101325453 B)應(yīng)用側(cè)邊拋磨光纖的倏逝波原理，用光電探測器對(duì)光纖側(cè)邊拋磨區(qū)出射光能進(jìn)行監(jiān)測，從而監(jiān)測光纖激光器的輸出功率，該方法會(huì)對(duì)傳輸光纖結(jié)構(gòu)有一定損傷，激光器高功率運(yùn)行時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較大。美國專利‘‘Integrated parameter monitoring in a fiber laser/amplifier，，(專利號(hào) US20130087694A1)其將光電探測器與泵浦剝離器集成在一起，通過監(jiān)測其中所殘留在包層中的泵浦光功率和纖芯激光，監(jiān)測光纖實(shí)際輸出光功率。該專利提出了兩種方案，第一方案利用了輸出激光和殘余泵浦光之間的相關(guān)關(guān)系，但是由于輸出激光和殘余泵浦光之間不是線性相關(guān)，后續(xù)數(shù)據(jù)處理較為困難且誤差較大。第二種方案中，該專利在泵浦剝離器中加入了光纖熔接點(diǎn)，從而可以探測部分纖芯激光器，但由于泵浦剝離器表面為高折射率膠水，熔接點(diǎn)在此處的損耗散射會(huì)被快速導(dǎo)出，產(chǎn)生嚴(yán)重的發(fā)熱，從而在高功率的全光纖激光器中應(yīng)用時(shí)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)很大，且由于探測器同時(shí)接收到泵浦光與纖芯激光，使測量值受到干擾，從而測量結(jié)果精確度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種高功率全光纖激光器在線功率監(jiān)測裝置及其封裝方法的技術(shù)方案，該方案采用在全光纖激光器的各級(jí)輸出與下一級(jí)之間的熔接點(diǎn)處，涂覆有低折射率涂覆膠，以加固光纖熔接點(diǎn)，將固定有光電探測器的金屬夾具與該處熔接點(diǎn)封裝在一起，將該裝置緊貼激光器冷卻熱沉放置，使熔接點(diǎn)和光電探頭的產(chǎn)熱由金屬夾具與熱沉之間的熱傳導(dǎo)而帶走，并將該監(jiān)測裝置放置在泵浦剝離器之后，利用全光纖激光器輸出段熔接點(diǎn)處散射光與輸出激光之間的良好線性關(guān)系，通過光電探測器監(jiān)測熔點(diǎn)處的散射光，反推出激光器的實(shí)時(shí)輸出功率，能夠不損傷光纖，也不會(huì)破壞整個(gè)全光纖激光器結(jié)構(gòu)，且光電探測器響應(yīng)速度快，故可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器功率實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測，并通過與激光器系統(tǒng)電源形成閉環(huán)控制，可有效保護(hù)激光器系統(tǒng)，測得的功率值準(zhǔn)確度較高。
[0005]本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的:
一種高功率全光纖激光器在線功率監(jiān)測裝置，包括有激光器通水熱沉、光纖、高折射率紫外固化灌封膠、低折射率再涂覆層、金屬夾具、光電探測器；光纖的熔接點(diǎn)處包裹有低折射率再涂覆層；金屬夾具固定在激光器通水熱沉上；金屬夾具頂部沿光纖排布方向設(shè)置有光電探測器；光電探測器貫穿金屬夾具頂部；金屬夾具設(shè)置在低折射率再涂覆層上方；高折射率紫外固化灌封膠填充在金屬夾具和光纖及低折射率再涂覆層之間。
[0006]作為本方案的優(yōu)選:金屬夾具通過螺釘固定在激光器通水熱沉上。
[0007]作為本方案的優(yōu)選:光電探測器的數(shù)量為至少一個(gè)。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:光電探測器的探測波段、響應(yīng)功率范圍都與傳輸激光和熔點(diǎn)散射光功率相匹配。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:高折射率紫外固化灌封膠的折射率大于低折射率再涂覆層的折射率。
[0010]一種高功率全光纖激光器在線功率監(jiān)測裝置的封裝方法，其特征是:包括有以下步驟:
a、使用用低折射率涂覆膠水涂覆光纖熔接點(diǎn)，形成低折射率再涂覆層；
b、將光纖的熔接點(diǎn)段放置在激光器通水熱沉上；
C、將金屬夾具覆蓋在光纖的熔接點(diǎn)段上方，并用螺釘將金屬夾具固定在激光器通水熱沉上；
d、將光電探測器安放在金屬夾具頂部并固定；
e、將高折射率紫外固化灌封膠從金屬夾具和光纖之間的空隙中灌入，直至填充滿整個(gè)空隙，使光纖熔點(diǎn)段、金屬夾具以及光電探測器這三者之間的相對(duì)位置不變。
[0011]f、加載待測激光器，對(duì)光電探測器進(jìn)行定標(biāo)后即可使用。
[0012]作為本方案的優(yōu)選:步驟d中，光電探測器在安放時(shí)應(yīng)按順序加載待測激光器，使光電探測器的響應(yīng)值在整個(gè)待測激光器加載過程中都處在其響應(yīng)范圍的線性區(qū)域內(nèi)，既不微弱也不飽和，否則應(yīng)改變光電探測器的相對(duì)位置，將其在夾具上前后移動(dòng)，使之滿足監(jiān)測要求。
[0013]本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于在該方案中將固定有光電探測器的金屬夾具與該處熔接點(diǎn)封裝在一起，能夠保證熔接點(diǎn)自然貫穿無應(yīng)力。激光器通水熱沉使熔接點(diǎn)和光電探頭的產(chǎn)熱由金屬夾具與熱沉之間的熱傳導(dǎo)而帶走，可解決高功率全光纖激光器，熔接點(diǎn)存在一定的發(fā)熱情況。光電探測器通過電線與采樣和數(shù)據(jù)處理電路相連，對(duì)光電探測器進(jìn)行定標(biāo)，則探測器探測到的光電信號(hào)經(jīng)電路數(shù)據(jù)處理后即可顯示為功率信息。
[0014]由于熔接點(diǎn)處存在損耗，會(huì)有與傳輸激光成比例的散射光從熔點(diǎn)處再涂覆層散射出來，并在整個(gè)涂覆膠段分布。這部分散射光功率與傳輸激光呈良好的的線性關(guān)系，通過光電探測器接受這部分散射光，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。同時(shí)固定光電探測器與熔接點(diǎn)的相對(duì)位置，則光電探測器電壓信號(hào)只與熔點(diǎn)散射光成線性相關(guān)，進(jìn)而與激光器輸出功率呈線性相關(guān)。故通過測量熔接點(diǎn)處散射出來的散射光功率，與激光器實(shí)測輸出功率進(jìn)行標(biāo)定，則可以擬合出探測器電壓與激光器功率之間的線性曲線，從而達(dá)到通過光電探測器監(jiān)測激光器輸出功率的目的。
[0015]特別需要指出的是，該功率監(jiān)測方法需將功率監(jiān)測裝置放置在泵浦剝離器(或泵浦傾泄器)之后，這是由于需要監(jiān)測的只是激光器的傳輸功率，若不加入泵浦剝離器，熔點(diǎn)處散射出來的光會(huì)含有較多殘余泵浦光成分，使光電探測器測得的光功率不能與激光功率相對(duì)應(yīng)，從而不能準(zhǔn)確反應(yīng)出激光器傳輸功率。
[0016]本發(fā)明不損傷光纖，也不會(huì)破壞整個(gè)全光纖激光器結(jié)構(gòu)，且光電探測器響應(yīng)速度快，故可實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器功率實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測，并通過與激光器系統(tǒng)電源形成閉環(huán)控制，可有效保護(hù)激光器系統(tǒng)。此外，由于熔點(diǎn)散射光與激光器傳輸激光呈良好的線性相關(guān)，因此采用該方法測得的功率值準(zhǔn)確度較高。
[0017]由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的監(jiān)測裝置橫向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的監(jiān)測裝置橫切面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，101為MOPA結(jié)構(gòu)光纖激光器第一級(jí)輸出功率監(jiān)測裝置；102為MOPA結(jié)構(gòu)光纖激光器第二級(jí)輸出功率監(jiān)測裝置；103為MOPA結(jié)構(gòu)光纖激光器第一級(jí)；104為MOPA結(jié)構(gòu)光纖激光器第二級(jí)；105為MOPA結(jié)構(gòu)光纖激光器第一級(jí)中的泵浦剝離器；106為MOPA結(jié)構(gòu)光纖激光器第二級(jí)中的泵浦剝離器；107為信號(hào)采集與控制電路；108為激光器電源；201為傳輸雙包層光纖；202為高折射率紫外固化灌封膠；203為激光器通水熱沉；204為金屬夾具；205為低折射率再涂覆層；206為傳輸光纖熔接點(diǎn)；207為光電探測器；210為熔接點(diǎn)再涂覆段的散射光；309為緊固螺釘。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟