一种高功率全光纤激光器在线功率监测装置及其封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是激光器监测技术领域，尤其是一种高功率全光纤激光器在线功率监测装置及其封装方法。
【背景技术】
[0002]高功率全光纤激光器的在线功率监测对于保护工程化激光器的安全运行有着重要意义。对于MOPA结构高功率固体激光器，全光纤激光器常常作为种子源，若整个激光器运行过程中光纤激光器发生功率异常，将会影响整个激光器系统的性能，严重时更会引起后续整个放大链路的损毁。另一方面，对于高功率全光纤激光器本身，运行过程中易发生Fiber fuse等危险，而Fiber fuse会以很快速度沿光纤链路逆向传输，若不及时关闭激光器电源，将会使整个全光纤激光器链路完全损毁。针对上述以及其他情况，若能在全光纤激光器中加入在线实时功率监测，并与整个激光器系统电源形成闭环控制，将可以在全光纤激光器发生功率异常时及时关闭整个激光器系统，从而达到保护激光器系统和运行人员，减小损失的目的。
[0003]目前对于全光纤激光器，常在光纤链路中加入分束器分光进行功率监测，但目前分束器承受功率有限，无法满足高功率情况下的功率监测要求。美国专利“Power monitorfor optical fiber using background scattering”(专利号 US 20140313513A1 )，主要通过监测光纤纤芯在光纤中的瑞利散射光来监测激光器功率，但其瑞利散射光功率相对较小，且它的探测需要将光纤剥掉涂覆层，将探测器与裸露光纤放置在一起，大大降低了该段光纤的机械性能。“全光纤光功率监测器”专利(专利号CN 101325453 B)应用侧边抛磨光纤的倏逝波原理，用光电探测器对光纤侧边抛磨区出射光能进行监测，从而监测光纤激光器的输出功率，该方法会对传输光纤结构有一定损伤，激光器高功率运行时风险较大。美国专利‘‘Integrated parameter monitoring in a fiber laser/amplifier，，(专利号 US20130087694A1)其将光电探测器与泵浦剥离器集成在一起，通过监测其中所残留在包层中的泵浦光功率和纤芯激光，监测光纤实际输出光功率。该专利提出了两种方案，第一方案利用了输出激光和残余泵浦光之间的相关关系，但是由于输出激光和残余泵浦光之间不是线性相关，后续数据处理较为困难且误差较大。第二种方案中，该专利在泵浦剥离器中加入了光纤熔接点，从而可以探测部分纤芯激光器，但由于泵浦剥离器表面为高折射率胶水，熔接点在此处的损耗散射会被快速导出，产生严重的发热，从而在高功率的全光纤激光器中应用时运行风险很大，且由于探测器同时接收到泵浦光与纤芯激光，使测量值受到干扰，从而测量结果精确度不高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种高功率全光纤激光器在线功率监测装置及其封装方法的技术方案，该方案采用在全光纤激光器的各级输出与下一级之间的熔接点处，涂覆有低折射率涂覆胶，以加固光纤熔接点，将固定有光电探测器的金属夹具与该处熔接点封装在一起，将该装置紧贴激光器冷却热沉放置，使熔接点和光电探头的产热由金属夹具与热沉之间的热传导而带走，并将该监测装置放置在泵浦剥离器之后，利用全光纤激光器输出段熔接点处散射光与输出激光之间的良好线性关系，通过光电探测器监测熔点处的散射光，反推出激光器的实时输出功率，能够不损伤光纤，也不会破坏整个全光纤激光器结构，且光电探测器响应速度快，故可实现对激光器功率实现快速、实时、在线监测，并通过与激光器系统电源形成闭环控制，可有效保护激光器系统，测得的功率值准确度较高。
[0005]本方案是通过如下技术措施来实现的:
一种高功率全光纤激光器在线功率监测装置，包括有激光器通水热沉、光纤、高折射率紫外固化灌封胶、低折射率再涂覆层、金属夹具、光电探测器；光纤的熔接点处包裹有低折射率再涂覆层；金属夹具固定在激光器通水热沉上；金属夹具顶部沿光纤排布方向设置有光电探测器；光电探测器贯穿金属夹具顶部；金属夹具设置在低折射率再涂覆层上方；高折射率紫外固化灌封胶填充在金属夹具和光纤及低折射率再涂覆层之间。
[0006]作为本方案的优选:金属夹具通过螺钉固定在激光器通水热沉上。
[0007]作为本方案的优选:光电探测器的数量为至少一个。
[0008]作为本方案的优选:光电探测器的探测波段、响应功率范围都与传输激光和熔点散射光功率相匹配。
[0009]作为本方案的优选:高折射率紫外固化灌封胶的折射率大于低折射率再涂覆层的折射率。
[0010]一种高功率全光纤激光器在线功率监测装置的封装方法，其特征是:包括有以下步骤:
a、使用用低折射率涂覆胶水涂覆光纤熔接点，形成低折射率再涂覆层；
b、将光纤的熔接点段放置在激光器通水热沉上；
C、将金属夹具覆盖在光纤的熔接点段上方，并用螺钉将金属夹具固定在激光器通水热沉上；
d、将光电探测器安放在金属夹具顶部并固定；
e、将高折射率紫外固化灌封胶从金属夹具和光纤之间的空隙中灌入，直至填充满整个空隙，使光纤熔点段、金属夹具以及光电探测器这三者之间的相对位置不变。
[0011]f、加载待测激光器，对光电探测器进行定标后即可使用。
[0012]作为本方案的优选:步骤d中，光电探测器在安放时应按顺序加载待测激光器，使光电探测器的响应值在整个待测激光器加载过程中都处在其响应范围的线性区域内，既不微弱也不饱和，否则应改变光电探测器的相对位置，将其在夹具上前后移动，使之满足监测要求。
[0013]本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中将固定有光电探测器的金属夹具与该处熔接点封装在一起，能够保证熔接点自然贯穿无应力。激光器通水热沉使熔接点和光电探头的产热由金属夹具与热沉之间的热传导而带走，可解决高功率全光纤激光器，熔接点存在一定的发热情况。光电探测器通过电线与采样和数据处理电路相连，对光电探测器进行定标，则探测器探测到的光电信号经电路数据处理后即可显示为功率信息。
[0014]由于熔接点处存在损耗，会有与传输激光成比例的散射光从熔点处再涂覆层散射出来，并在整个涂覆胶段分布。这部分散射光功率与传输激光呈良好的的线性关系，通过光电探测器接受这部分散射光，将其转换为电压信号。同时固定光电探测器与熔接点的相对位置，则光电探测器电压信号只与熔点散射光成线性相关，进而与激光器输出功率呈线性相关。故通过测量熔接点处散射出来的散射光功率，与激光器实测输出功率进行标定，则可以拟合出探测器电压与激光器功率之间的线性曲线，从而达到通过光电探测器监测激光器输出功率的目的。
[0015]特别需要指出的是，该功率监测方法需将功率监测装置放置在泵浦剥离器(或泵浦倾泄器)之后，这是由于需要监测的只是激光器的传输功率，若不加入泵浦剥离器，熔点处散射出来的光会含有较多残余泵浦光成分，使光电探测器测得的光功率不能与激光功率相对应，从而不能准确反应出激光器传输功率。
[0016]本发明不损伤光纤，也不会破坏整个全光纤激光器结构，且光电探测器响应速度快，故可实现对激光器功率实现快速、实时、在线监测，并通过与激光器系统电源形成闭环控制，可有效保护激光器系统。此外，由于熔点散射光与激光器传输激光呈良好的线性相关，因此采用该方法测得的功率值准确度较高。
[0017]由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
【附图说明】
[0018]图1为本发明【具体实施方式】的结构示意图。
[0019]图2为本发明所设计的监测装置横向结构示意图。
[0020]图3为本发明所设计的监测装置横切面结构示意图。
[0021]图中，101为MOPA结构光纤激光器第一级输出功率监测装置；102为MOPA结构光纤激光器第二级输出功率监测装置；103为MOPA结构光纤激光器第一级；104为MOPA结构光纤激光器第二级；105为MOPA结构光纤激光器第一级中的泵浦剥离器；106为MOPA结构光纤激光器第二级中的泵浦剥离器；107为信号采集与控制电路；108为激光器电源；201为传输双包层光纤；202为高折射率紫外固化灌封胶；203为激光器通水热沉；204为金属夹具；205为低折射率再涂覆层；206为传输光纤熔接点；207为光电探测器；210为熔接点再涂覆段的散射光；309为紧固螺钉。
【具体实施方式】
[0022]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤