一种用于高功率光纤激光器的全光纤功率测量系统的制作方法

本实用新型属于光电检测领域，涉及一种用于高功率光纤激光器的全光纤功率测量系统。

背景技术：

目前，高功率光纤激光器作为一种新型固态激光器，因其转换效率高、光束质量好、结构紧凑并能输出大功率等特点而广泛应用于工业加工、3D打印、激光医疗以及军事国防等领域。在实际应用中，由于泵浦源温漂、增益光纤受热、以及工作环境等影响，高功率光纤激光器输出功率通常是不稳定的。因此，无论是在一般工业加工、3D打印还是激光医疗等领域都需要对光纤激光器的输出功率进行在线监测。

一般激光输出功率在线测量方法是采用分光器件进行分光测量，即从输出功率中取样，然后对取样部分进行测量。传统高功率光纤激光功率测量的取样方法一般分为两种：采用空间分立器件(如分光镜)和光纤插入器件(如分束器)。采用空间分立器件的取样方法中使用的高分光比分光镜需要空间装调，降低了光纤激光器的机械稳定性，并且制作困难、成本较高。此外，分光镜的热透镜效应会使得输出激光的光束质量劣化。采用光纤分束器的取样方法虽具有较高的机械稳定性，但光纤分束器的插入会对光纤波导结构产生微扰，引发模式耦合，进而导致光束质量劣化；光纤分束器对波导结构完整性的破坏将导致光纤发热，影响整个系统安全性；另外，较低分束比的光纤分束器会降低系统的输出功率，而高分束比的光纤分束器却难以制作。因此，在实际工程化应用中，传统的在线监测激光输出功率的方法，结构复杂、成本高、安全系数低，并不适合对高功率光纤激光器输出功率进行实时在线监测，所以设计更有效的在线测量系统具有重要意义。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中存在的传统在线监测激光输出功率结构复杂、易使输出激光光束质量劣化的问题，本实用新型提供了一种用于高功率光纤激光器的全光纤功率测量系统。

本实用新型的技术解决方案是：

一种用于高功率光纤激光器的全光纤功率测量系统，包括输出光纤、光能量取样单元、光电探测器、数据采集单元、数据处理单元和显示单元；所述输出光纤与待测光纤激光器相连；所述数据采集单元用于采集光电探测器的输出信号；所述数据处理单元用于获得待测光纤激光器的输出功率值；所述显示单元用于显示待测光纤激光器的输出功率值。

其特殊之处在于：

所述光能量取样单元包括耦合光纤；

所述输出光纤具有第一去涂覆区，所述耦合光纤具有第二去涂覆区；所述第一去涂覆区和第二去涂覆区采用光学胶固定，形成光能量耦合区；所述输出光纤中的部分光能量通过所述光能量耦合区转移到所述耦合光纤中传输，实现光能量取样；

所述光电探测器位于耦合光纤的输出端，用于探测耦合光纤所输出的光信号。

基于上述基本技术方案，本实用新型可作出如下优化：

为增强耦合光纤的耦合取样效果，上述耦合光纤的第二去涂覆区为拉锥光纤，其锥形的均匀部分和第二去涂覆区采用光学胶固定。

上述输出光纤和耦合光纤在光能量耦合区采用封装外壳封装固定，以增强功率测量系统的稳定性。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型的光能量取样单元采用全光纤结构，利用光纤倏逝波耦合，将极少部分激光能量从输出光纤转移到耦合光纤中传输，此方法无需插入分束器、或在出射光路上插入光学器件，不破坏光纤激光器的全光纤结构，避免了对输出激光造成不必要的扰动，可实现对高功率光纤激光的无干扰在线测量。

2、本实用新型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。

3、本实用新型结构简单、安全可靠、成本低廉，易于实施。

附图说明

图1是本实用新型的在线功率测量系统的示意图；

图2是本实用新型的光能量取样示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所提供的用于高功率光纤激光器的全光纤功率测量系统包括输出光纤、光能量取样单元、光电探测器、数据采集单元及数据处理单元和显示单元。

输出光纤2与高功率光纤激光器1相连；将输出光纤2某位置的一段区域进行去涂覆处理，形成第一去涂覆区11。

光能量取样单元3包括耦合光纤6；将耦合光纤6的某位置的一段区域进行去涂覆处理，形成第二去涂覆区12。

第一去涂覆区11和第二去涂覆区12采用光学胶固定形成光能量耦合区13。为进一步增强功率测量系统的稳定性输出光纤2和耦合光纤6在光能量耦合区13用光学胶固定后再采用封装外壳封装固定。

由于光纤制造工艺的缺陷、光纤熔接以及光纤器件插入的干扰，当激光在输出光纤2中传输时，主要以纤芯模式9传输，部分激光会耦合到包层中形成包层模式10传输。因此当第一去涂覆区11和第二去涂覆区12靠近或靠紧时，输出激光中以包层模式10传输的部分光能量会转移到耦合光纤6中传输，从而实现光能量取样。

光能量耦合区13的长度由光能量耦合区13中两光纤(输出光纤和耦合光纤)的参数、靠近距离以及预期耦合效率决定。本实施例中光能量耦合区13的长度为1cm。

光电探测器5位于耦合光纤6的输出端，用于探测耦合光纤6所输出的光信号，并将所探测到的光信号转换为电信号输出；

数据采集单元7与光电探测器5相连，用于采集光电探测器5的输出信号。本实施例的数据采集单元7由前置放大电路和A/D转换电路组成，采用前置放大电路对光电探测器5的输出信号进行放大，然后利用A/D转换电路对所放大后的信号进行数据采集。

数据处理单元8用于获得待测光纤激光器的输出功率值。

显示单元14用于显示待测光纤激光器的输出功率值。

在使用本实用新型所提供的功率测量系统对光纤激光器1的功率进行在线监测前，需对本实用新型事先标定，具体标定方法为：

1、在输出光纤2的输出端设置功率计，用于测量高功率光纤激光器1的输出功率。

2、对光电探测器的输出信号(电压等)和光纤激光器的输出功率的线性关系进行标定(即对功率测量系统进行标定)：

2.1数据采集单元采集高功率光纤激光器1的输出功率信号以及光电探测器的输出信号；

2.2数据处理单元对上述步骤2.1中数据采集单元所获得的信号进行处理，得到光电探测器5的输出信号(电压等)与高功率光纤激光器1的输出功率之间的对应关系。

按照上述方法对本实用新型的功率测量系统标定后，数据处理单元根据光电探测器5的输出信号(电压等)与高功率光纤激光器1的输出功率之间的对应关系获得高功率光纤激光器1的输出功率值，同时将测量结果进行显示，实现高功率光纤激光器输出功率的实时在线测量。