[发明专利]掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命直接测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命直接测量装置和方法，测量装置包括泵浦光源、光束聚焦系统、样品放置平台、光电探测器、数据采集处理单元。待测样品光纤固定放置于样品放置平台上，调节泵浦光源，使其出射的泵浦光束沿垂直于样品光纤的光轴方向由光束聚焦系统会聚至样品光纤的纤芯掺杂区域进行高效荧光激发，激发的荧光入射至光电探测器，光电探测器的输出信号由数据采集处理单元记录，根据发光衰减关系计算得出样品光纤的激光上能级荧光寿命值。本发明实现了对掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命的直接测量，可在使用过程中对掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命进行无损测量，操作方便、快捷，便于推广应用。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及一种对掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命直接测量装置和方法。

背景技术

掺稀土元素光纤作为光纤激光器的增益介质，是光纤激光器系统最为重要的组成器件之一。掺稀土元素光纤的性能参数对光纤激光器系统状态有着较大影响。在对光纤激光器进行系统设计、工作状态分析时，需要了解和使用到掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命这一性能参数值。

目前，掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命这一性能参数值是由光纤生产厂商提供。光纤生产厂商通常采用泵浦光对光纤预制棒的玻璃切片进行荧光激发和测量，并以此作为最终光纤产品的激光上能级荧光寿命性能参数值。在对光纤预制棒的玻璃切片进行荧光激发和测量时，由于光纤预制棒玻璃切片尺寸较大(毫米级以上)，可以对泵浦光纤进行充分吸收。但是，成品掺稀土元素光纤的纤芯尺寸较小(几微米至数十微米)，不便于样品切片，也不利于泵浦光的充分吸收。并且，成品光纤长度一般较长(千米级)，当泵浦光从掺稀土元素光纤的端面进行注入时，泵浦光与荧光传输方向一致，由于稀土离子重吸收效应的影响，会对测量结果造成干扰，影响数据准确性。因而，现有技术领域缺少能够对掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命进行直接测量的装置。

同时，某些实际应用中需要了解和掌握掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命在光纤使用过程中的变化情况，现有的掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命获取方式也无法满足这一实际应用需求。

发明内容

本发明目的是提供一种能够对掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命方便、快捷、无损地进行直接测量的装置和方法。

本发明的技术方案是提供一种掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命直接测量装置，其特殊之处在于：包括样品放置平台、泵浦光源、光束聚焦系统、光电探测器和数据采集处理单元；

样品放置平台用于固定待测样品光纤；

泵浦光源位于样品放置平台的上方，用于出射垂直于样品光纤光轴方向的泵浦光束，实现泵浦光与荧光传输方向的有效分离，保证测量质量；

光束聚焦系统位于泵浦光源的出射光路中，用于将垂直于样品光纤光轴方向的泵浦光束会聚至样品光纤的纤芯掺杂区域进行高效荧光激发；

泵浦光束聚焦至样品光纤的位置与样品光纤输出端面之间的距离为l，其中l为正数；l的取值确保稀土离子重吸收效应对测量结果无影响或能够减弱稀土离子重吸收效应对测量结果的影响；

光电探测器位于样品放置平台一侧，用于接收沿样品光纤光轴方向出射的激发后的荧光，并将信号输出至数据采集处理单元；

数据采集处理单元用于根据接收的信号进行数据处理，获得掺稀土元素光纤激光上能级荧光寿命，并记录。

进一步地，泵浦光源的工作波长需要根据掺稀土元素光纤的类型进行相应选取；泵浦光源为具备单脉冲输出工作模式的泵浦光源，输出泵浦光脉冲的脉冲宽度应小于样品光纤激光上能级荧光寿命至少一个数量级。

进一步地，为了减弱或消除稀土离子重吸收效应对测量结果的影响，上述泵浦光源出射光束聚焦至样品光纤的位置距离样品光纤的输出端面不宜过远，以5-10mm左右为佳。