[发明专利]光纤纤芯温度的测量方法

说明书

技术领域

本发明与高功率光纤激光器及放大器有关，特别是一种用于高功率光纤激光器及放大器的光纤纤芯温度的测量方法。

背景技术

当高功率光纤激光器及光纤放大器系统长时间运行时，有源光纤内的激光介质由于受到泵浦光等作用所产生的热效应，将引起有源光纤温度的上升，特别是纤芯部分，由于集中了大部分的热量且横截面积较小，需要对其温度进行实时监控，以便采取相应冷却措施，否则有可能导致各种非线性效应的发生并使系统出射的激光光束质量及斜效率等下降，严重时烧坏光纤或相关元器件。

目前，在大量的研究技术中均只是在理论上对高功率光纤激光器及放大器中光纤的温度进行估计(参见Nathan A.Brilliant and KalliroiLagonik发表的″Thermal effects in a dual-clad ytterbium fiberlaser”，OPTICS LETTERS，Vol.26(21)，2001，1669-1671)，还没有一种精确测量纤芯温度的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于高功率光纤激光器及光纤放大器中光纤纤芯温度的测量方法，以精确测量高功率光纤激光器及光纤放大器中光纤纤芯的温度，实施对高功率光纤激光器及放大器的热管理。即对激光器系统的温度进行实时监控，从而采取相应的温控冷却方案，尽量避免各种热致非线性效应及出射激光光束质量及斜效率等的下降。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于高功率光纤激光器或光纤放大器中光纤纤芯温度的测量方法，其特点在于包括下列步骤：在待测光纤纤芯制作布拉格光栅；布拉格光栅温度与布拉格光栅中心波长定标；在所述的高功率光纤激光器或光纤放大器的两端的光路中分别设置导入双色耦合器和导出双色耦合器，设置监测信号光源和监测信号光监测装置；测量；根据所述的温度-波长定标关系，确定光纤中刻有布拉格光栅部位的纤芯的温度。

一种用于高功率光纤激光器或光纤放大器中光纤纤芯温度的测量方法，其特点在于具体包括下列步骤：

①在待测高功率光纤激光器或光纤放大器的光纤纤芯的温度待监测处制作布拉格光栅(以下简称为FBG)；

②布拉格光栅温度与布拉格光栅中心波长定标：将包含所述的布拉格光栅的中心波长的监测信号光注入所述的光纤的一端，从该光纤的另一端输出并导入监测信号光监测装置，对所述的光纤的布拉格光栅处施加热量的同时并监测其温度，利用所述的监测信号光监测装置记录所述的监测信号光中布拉格光栅的中心波长，获得所述的布拉格光栅中心波长的变化与所述的光纤的布拉格光栅所处的温度关系，即温度-波长定标关系；

③将所述的制作有布拉格光栅的光纤重新装入所述的高功率光纤激光器或光纤放大器；

④在所述的高功率光纤激光器或光纤放大器的两端的光路中分别设置导入双色耦合器和导出双色耦合器，所述的导入双色耦合器和导出双色耦合器是对所述的监测信号光高反和对光纤激光器或光纤放大器的工作激光高透的器件，在所述的导入双色耦合器外设置监测信号光源，在所述的导出双色耦合器的反射输出方向设置所述的监测信号光监测装置；

⑤在所述的高功率光纤激光器或光纤放大器工作的同时，开启所述的监测信号光源，通过所述的导入双色耦合器注入所述的监测信号光，该监测信号光经过所述的光纤的布拉格光栅，经所述的导出双色耦合器反射后，由所述的监测信号光监测装置进行监测，通过测量输出的监测信号光中心波长的变化，根据所述的温度-波长定标关系，确定光纤中刻有布拉格光栅部位的纤芯的温度。

在所述的光纤纤芯不同位置多处刻写具有不同的中心波长的布拉格光栅，并在所述的高功率光纤激光器或光纤放大器的光路中设置监测信号光导入双色耦合器及导出双色耦合器，并利用监测信号光的监测装置进行监测，以实现对相应纤芯位置处的温度进行监测。

所述的双色耦合器为双色镜或波分复用器。

所述的监测信号光监测装置为光谱分析仪。

布拉格光栅FBG长度为L，n代表折射率，λ_B为布拉格中心波长，ΔT为温度改变量，Δλ_B为布拉格中心波长改变量，则FBG在只受温度变化影响时，布拉格光栅中心波长的变化满足下列关系式：