[发明专利]高功率光纤激光器功率在线监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及高功率光纤激光器，特别是一种高功率光纤激光器功率在线监测装置。

技术背景

目前对于全光纤结构的光纤激光器，低功率下通过例如分光比为1:99的分束器分光进行采样，通过光电二极管等合适的光功率探头监测采样光的功率，来在线监测输出光功率。该方法由于分束器所能承受通光功率有限，通常不超过2W，且随通光功率上限上升价格上升迅速，不适用于高功率全光纤激光器的功率在线监测。

目前对于高功率全光纤激光器的功率监测，通常是通过监测其泵源的电源输出电功率，来标定激光器输出端的光功率，由于泵源受温度起伏及自身电光效率起伏等的影响，该方法标定的光功率一般仅供用户参考。另外，在非在线测试中，需要先在被加工件前和激光器输出端间插入功率计，测试实际的激光功率输出。之后再移开功率计，作用于被加工件，此时默认输出功率不变且激光器正常工作。

而事实上，由于受到泵源温度变化、增益光纤自身的热效应等影响，激光器输出功率通常是不稳定的。而极端情况下，若光纤激光器光通路中某处因热效应或热透镜效应发生损伤时，监测电功率的方法会使操作者误以为系统仍正常工作，容易导致不能及时发现问题，使危害进一步恶化。

而对于全光纤结构的多级高功率光纤激光器，人们经常需要关注各级激光器的实时输出功率。尤其是当搭好整个激光器系统后，发现输出端输出功率异常，需要逐级排查问题时，对于处于系统前部的种子级来说，由于传统监测电功率的方法原本就是建立在假设系统不变的基础上，故失去了参考作用。而只在最后输出端插入功率计的方法，显然满足不了逐级排查的要求。

对于高功率光纤激光器而言，由于通光功率高导致热效应影响增加，系统结构复杂度提高导致的系统稳行性下降，这在实验室测试和实际生产工作中已得到验证，故更需要安全可靠的监控手段的支持。

发明内容

为有效解决了上述问题，本发明通过监测泵浦滤除器滤除的泵浦光来标定输出光的方法，可实时、在线应用在高功率全光纤结构光纤激光器中，为多级结构的全光纤激光器各级功率监测和功率预警系统的开发提供了技术手段。

本发明的技术解决方案如下：

一种高功率光纤激光器功率在线监测装置，其特点是内置了光功率探头的全光纤激光器的泵浦滤除器，具体结构包括：

一个光功率探头；

一个金属块壳体，该金属块壳体具有通孔，在该通孔的一侧壁上设有水冷散热管道，另一侧壁上设有供所述光功率探头安装的插设结构，使所述的光功率探头的探测面向所述的通孔内；

一段双包层光纤，该双包层光纤中的一小段的涂覆层和外包层剥离后在其内包层外进行粗糙化处理，或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶，并称为处理段，将所述的双包层光纤穿过所述的通孔，使所述的处理段处于所述的通孔内，用透明固化胶将所述通孔的两端与所述的处理段两端外未经处理的双包层光纤的涂覆层粘结固定。

上述的高功率光纤激光器功率在线监测装置的制作方法，包括下列步骤：

①将双包层光纤中一段的涂覆层和外包层去除后，在其内包层外表面进行粗糙化处理或者涂覆上折射率高于内包层的高折射率可固化涂覆胶，目的是破坏内包层外表面的全反射结构，称之为处理段；

②加工金属壳体，使之具有水冷散热管道、通孔和光功率探头安装的插设结构；

③将所述的双包层光纤悬空地穿设在金属壳体的通孔中，将所述的处理段两端外未经处理的双包层光纤的涂覆层与所述的通孔的两端用透明的固化胶密封固定；

④将光功率探头安装在所述的金属壳体的插设结构上；

⑤对所述的光功率探头进行定标后即可使用。

所述的通孔的直径需比光纤直径大，孔径的取值范围为：4～6mm。

所述的光功率探头根据激光器所使用的泵浦光波段和泵浦光的功率进行选择。

本发明的工作原理如下：

高功率光纤激光器功率在线监测装置，即内置了光功率探头的全光纤激光器的泵浦滤除器。

所谓全光纤激光器的泵浦滤除器，指的是可以将包层中泵浦光过滤出来并控制被滤除光功率导致的热效应的装置，用来实现的手段包括对双包层光纤内包层外表面进行粗糙化处理，或者在内包层外重涂覆高折射率涂覆胶，两者都破坏了泵浦光在光纤内包层外表面的全反射条件。被散出的内包层中的剩余泵浦光由的金属块外壳内表面吸收后，转换为热量，经由金属壳体外表面和水冷带走，使得其可在高功率下使用。

本发明的技术效果如下：