本发明涉及光纤激光器技术领域，特别是涉及一种光纤激光在线监测系统。
背景技术：
近年来，随着高亮度半导体泵浦技术和双包层光纤制备技术的发展，光纤激光器的输出功率已经突破万瓦量级。在工业加工、医疗及军事等光纤激光应用技术中，实现光纤激光输出功率、输出光谱、脉冲频率、反射光功率等参数的实时测量，同时不减少输出能量是极为重要的，尤其是在激光研究过程中，由于光纤激光输出功率、输出光谱、脉冲频率、反射光功率等参数是判断激光性能的直接指标，因此，必须实时地对光纤激光的上述参数进行测量。实时地对光纤激光进行监测对激光器的设计、制造、检测和应用等具有十分重要的意义。
目前，对光纤激光进行测量通常采用的方法是分光式在线监测激光输出功率的方法，该方法采用空间结构并在出射光路上插入光学器件，例如分光镜，这样不仅引入了额外的插入损耗，增加了系统的复杂性，更重要的是对输出激光造成不必要的扰动，降低了输出功率，影响后续应用。因此，在实际工程化应用中，现有的分光式在线监测激光输出功率的方法并不适合对光纤激光进行实时在线监测。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种光纤激光在线监测系统，以实现对光纤激光的实时在线监测的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光纤激光在线监测系统，包括：光纤激光器、光纤取样器、探测单元、信号处理电路和数据采集处理单元；
所述光纤激光器包括激光产生部件、第一传输光纤、第二传输光纤和激光输出头，所述激光产生部件与第一传输光纤的一端连接，所述激光输出头与所述第二传输光纤的一端连接，所述第一传输光纤的另一端与所述第二传输光纤的另一端连接，形成熔接点，第一传输光纤段、第二传输光纤段与所述熔接点构成熔接传输光纤，所述第一传输光纤段为所述第一传输光纤上距离所述熔接点为第一预设距离的光纤段，所述第二传输光纤段为所述第二传输光纤上距离所述熔接点为第二预设距离的光纤段；
所述光纤取样器包括至少一根耦合光纤，所述耦合光纤与所述熔接传输光纤并行贴合，或所述耦合光纤缠绕在所述熔接传输光纤上，形成取样光纤，所述光纤取样器用于提取散射光纤激光，所述散射光纤激光为在所述熔接点处发生散射的光纤激光；
所述探测单元与所述光纤取样器中的所述耦合光纤连接，用于接收所述散射光纤激光，并探测所述散射光纤激光的参数；
所述信号处理电路与所述探测单元电连接，用于接收所述散射光纤激光的参数，并对所述散射光纤激光的参数进行放大；
所述数据采集处理单元与所述信号处理电路电连接，用于采集放大后的所述散射光纤激光的参数，并对所述放大后的所述散射光纤激光的参数进行处理。
可选的，所述第一传输光纤与所述第二传输光纤为同种类型的光纤。
可选的，所述第一传输光纤、所述第二传输光纤和所述耦合光纤均为包括内包层和外包层的双包层光纤，所述耦合光纤的内包层的直径均小于所述第一传输光纤的内包层的直径和所述第二传输光纤的内包层的直径。
可选的，所述第一传输光纤除所述第一传输光纤段的之外的光纤的外部具有涂覆层，所述第二传输光纤除所述第二传输光纤段的之外的光纤的外部具有涂覆层。
可选的，所述耦合光纤除与所述熔接传输光纤并行贴合或缠绕在所述熔接传输光纤上之外的光纤的外部具有涂覆层。
可选的，所述取样光纤的外部涂敷有紫外固化胶。
可选的，所述耦合光纤的内包层的折射率均大于或等于所述第一传输光纤的内包层的折射率和所述第二传输光纤的内包层的折射率，所述紫外固化胶的折射率均小于所述第一传输光纤的内包层的折射率和所述第二传输光纤的内包层的折射率。
可选的，所述探测单元包括正向激光功率仪、正向光电探测器、光谱仪、反向激光功率仪和反向光电探测器中的一种或几种。
可选的，所述系统还包括第二探测单元，所述第二探测单元设置在所述激光输出头输出的光纤激光的光路上，所述第二探测单元用于获取所述光纤激光器发出的光纤激光的参数，并将所述光纤激光的参数发送至所述信号处理电路。
可选的，所述第二探测单元包括激光功率仪、光电探测器和光谱仪中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种光纤激光在线监测系统，该系统包括：光纤激光器、光纤取样器、探测单元、信号处理电路和数据采集处理单元；光纤激光器中与激光产生部件连接的第一传输光纤和与激光输出头连接的第二传输光纤连接，形成熔接点，第一传输光纤段、第二传输光纤段与熔接点构成熔接传输光纤；光纤取样器包括至少一根耦合光纤，耦合光纤与熔接传输光纤并行贴合，或缠绕在熔接传输光纤上；探测单元与光纤取样器中的耦合光纤连接；信号处理电路与探测单元电连接；数据采集处理单元与信号处理电路电连接。本发明通过设置包括至少一根耦合光纤的光纤取样器，避免了在出射光路上插入光学器件，降低了系统的复杂性，减少了对输出激光造成不必要的扰动，不影响后续光纤激光的应用，能够对光纤激光进行实时在线监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种光纤激光在线监测系统中光纤取样器和探测单元的结构图；
图2为本发明实施例一种光纤激光在线监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种光纤激光在线监测系统中光纤取样器和探测单元的结构图；图2为本发明实施例一种光纤激光在线监测系统的结构示意图。
参见图1和图2，实施例的光纤激光在线监测系统，包括：光纤激光器、光纤取样器6、探测单元8、信号处理电路9、数据采集处理单元10和第二探测单元11。
所述光纤激光器包括激光产生部件1、第一传输光纤2、第二传输光纤3和激光输出头4，所述第一传输光纤2与所述第二传输光纤3为同种类型的光纤，所述激光产生部件1与第一传输光纤2的一端连接，所述激光输出头4与所述第二传输光纤3的一端连接，所述第一传输光纤2的另一端与所述第二传输光纤3的另一端连接，形成熔接点5，第一传输光纤段、第二传输光纤段与所述熔接点5构成熔接传输光纤，所述第一传输光纤段为所述第一传输光纤2上距离所述熔接点5为第一预设距离的光纤段，所述第二传输光纤段为所述第二传输光纤3上距离所述熔接点5为第二预设距离的光纤段，所述熔接点5位于所述熔接传输光纤的中点处，所述熔接传输光纤的长度为1-20cm。
所述光纤取样器6包括至少一根耦合光纤7，所述耦合光纤7与所述熔接传输光纤并行贴合，或所述耦合光纤7缠绕在所述熔接传输光纤上，形成取样光纤，所述取样光纤的长度为5-25cm，缠绕圈数1-15圈，这样使得所述耦合光纤7与所述熔接传输光纤紧密贴合，便于激光在所述耦合光纤7的内包层与所述熔接传输光纤的内包层之间耦合，所述光纤取样器6用于提取散射光纤激光，所述散射光纤激光为在所述熔接点5处发生散射的光纤激光。
本实施例中，所述第一传输光纤2、所述第二传输光纤3和所述耦合光纤7均为包括内包层和外包层的双包层光纤；所述耦合光纤7的内包层的直径均小于所述第一传输光纤2的内包层的直径和所述第二传输光纤3的内包层的直径，所述第一传输光纤2的内包层的直径和所述第二传输光纤3的内包层的直径均大于等于250微米；所述耦合光纤7的内包层的折射率均大于或等于所述第一传输光纤2的内包层的折射率和所述第二传输光纤3的内包层的折射率；所述第一传输光纤2除所述第一传输光纤段的之外的光纤的外部具有涂覆层，所述第二传输光纤3除所述第二传输光纤段的之外的光纤的外部具有涂覆层，所述耦合光纤7除与所述熔接传输光纤并行贴合或缠绕在所述熔接传输光纤上之外的光纤的外部具有涂覆层。
本实施例中，所述第一传输光纤2和所述第二传输光纤3的直径较大，使得光纤刚性强不易弯曲，避免产生损耗；所述耦合光纤7的直径较小，易弯曲，缠绕时能与所述熔接传输光纤紧密贴合，增加了接触面积，提高耦合效率。
本实施例中，所述取样光纤的外部涂敷有紫外固化胶，所述紫外固化胶的折射率均小于所述第一传输光纤2的内包层的折射率和所述第二传输光纤3的内包层的折射率，所述紫外固化胶的涂敷长度大于所述取样光纤的长度，所述紫外固化胶用于恢复光纤的双包层结构。
所述探测单元8与所述光纤取样器6中的所述耦合光纤7连接，用于接收所述散射光纤激光，并探测所述散射光纤激光的参数，所述散射光纤激光的参数包括输出功率、脉冲频率、光谱、反向光功率和反向脉冲频率。
所述探测单元8包括正向激光功率仪81、正向光电探测器82、光谱仪83、反向激光功率仪84、反向光电探测器85、其他正向耦合探测器86和其他反向耦合探测器87中的一种或几种；所述正向激光功率仪81、所述正向光电探测器82、所述光谱仪83以及其他正向耦合探测器均通过所述光纤取样器6中的正向耦合光纤7与熔接点5连接，所述反向激光功率仪84、所述反向光电探测器85以及其他反向耦合探测器均通过所述光纤取样器6中的反向耦合光纤7与熔接点5连接；所述正向激光功率仪81和反向激光功率仪84分别用于探测所述散射光纤激光的输出功率和反向光功率，所述正向光电探测器82和所述反向光电探测器85分别用于探测所述散射光纤激光的脉冲频率和反向脉冲频率，所述光谱仪83用于探测所述散射光纤激光的光谱，所述探测单元8的具体设置依据需要监测的散射光纤激光的具体参数来确定。
所述信号处理电路与所述探测单元8电连接，用于接收所述散射光纤激光的参数，并对所述散射光纤激光的参数进行放大。
所述数据采集处理单元10与所述信号处理电路电连接，用于采集放大后的所述散射光纤激光的参数，并对所述放大后的所述散射光纤激光的参数进行处理。
所述第二探测单元11设置在所述激光输出头4输出的光纤激光的光路上，所述第二探测单元11用于获取所述光纤激光器发出的光纤激光的参数，并将所述光纤激光的参数发送至所述信号处理电路，所述第二探测单元11包括激光功率仪、光电探测器和光谱仪中的一种或几种。
本实施例中，所述信号处理电路接收所述第二探测单元11发送的所述光纤激光的参数后，经过处理，得到所述光纤激光器发出的光纤激光的参数与所述散射光纤激光的参数之间的关系，依据他们之间的关系实现的实时在线监测，其监测精度更高。
在具体的监测过程中，第一传输光纤2和第二传输光纤3均为NufernLMA-GDF-20/400-M双包层光纤，所述熔接传输光纤的长度为6cm，耦合光纤7为单根NufernSM-GDF-5/130双包层光纤，所述耦合光纤7缠绕在所述熔接传输光纤上，形成取样光纤，所述取样光纤的长度为8cm，缠绕圈数为3圈，涂敷低折射率紫外固化胶并固化，涂敷长度为8cm。通过测量输出激光功率与正向耦合激光功率，得到两者之间的关系，具体为：正向耦合激光功率＝输出激光功率×0.00034；通过测量输出激光功率、激光照射表面反射率和反向耦合激光功率的光系，得到三者之间的关系，具体为：反向耦合激光功率＝输出激光功率×0.00034×激光照射表面反射率；正向耦合光纤连接正向光电探测器，对脉冲信号进行计数测得脉冲激光频率；正向耦合光纤连接光谱仪测量得到输出激光光谱。在该监测过程中，实现了对光纤激光输出功率、光谱、反射光功率和脉冲频率的在线实时监测。
在具体的监测过程中，第一传输光纤2和第二传输光纤3还均可以为NufernLMA-GDF-25/400+双包层光纤，所述熔接传输光纤的长度为10cm；耦合光纤7为两根NufernSM-GDF-5/130双包层光纤，述耦合光纤7缠绕在所述熔接传输光纤上，形成取样光纤，所述取样光纤的长度为14cm，缠绕圈数为7圈，涂敷低折射率紫外固化胶并固化，涂敷长度为15cm。通过测量输出激光功率与正向耦合激光功率，得到两者之间的关系，具体为：正向耦合激光功率＝输出激光功率×0.00052；通过测量输出激光功率、激光照射表面反射率和反向耦合激光功率的光系，得到三者之间的关系，具体为：反向耦合激光功率＝输出激光功率×0.00052×激光照射表面反射率；正向耦合光纤连接正向光电探测器，对脉冲信号进行计数测得脉冲激光频率；正向耦合光纤连接光谱仪测量得到输出激光光谱。在该监测过程中，同样实现了对光纤激光输出功率、光谱、反射光功率和脉冲频率实现在线实时监测。
本实施例中的光纤激光在线监测系统，具有以下优点：
1)能对高功率光纤激光的输出功率进行取样和实时无扰动在线监测，避免了对后续激光应用的影响；能对高功率光纤激光器的反射功率进行取样和实时在线监测，避免了激光反射对激光器造成的损伤和影响；能对光纤激光器的输出光谱进行实时无扰动在线监测，避免了对后续激光应用的影响；能对脉冲光纤激光器的输出频率进行实时无扰动在线监测，避免了对后续激光应用的影响。
2)可通过更换不同类型及不同工作波长的探测器，用于多种不同波长的光纤激光监测。
3)能减少光纤激光器系统光路中的器件数量，降低光纤激光器的复杂程度，避免引入插入损耗，保持光纤激光系统的全光纤紧凑结构。
4)不需要承受强激光辐照，无激光损伤阈值问题，可用于高功率、高能量的光纤激光取样和在线监测。
5)能够根据实际测量需要对光纤取样器、信号处理电路进行改进，如耦合点的选取、耦合光纤长度、缠绕圈数、耦合光纤直径、耦合光纤数量、耦合光纤折射率、紫外固化胶折射率、信号处理电路中放大电路的放大倍率等，进一步大幅度提高系统的技术指标，包括分辨率、灵敏度等。
6)不需要精密的测控装置，只需完成耦合光纤缠绕及涂敷，方法便捷、结构简单，成本低而且容易实施。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。