抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统及方法与流程

1.本技术涉及激光领域，具体涉及一种抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统及方法。


背景技术：

2.光纤激光器具有光束质量好、高效率、散热性好、结构紧凑，可靠性高、易维护等优点，且通过掺杂不同的稀土元素(如镱、铒、铥、钬等)，其工作波段覆盖紫外至红外，因此受到人们广泛关注。特别是输出激光波长在1～1.1μm波段的掺镱光纤激光器，该类型的光纤激光器已经广泛应用在国防、激光加工等领域。
3.随着激光技术的发展和应用方面的需求，掺镱光纤激光器功率不断向着更高的功率突破，目前单根光纤的输出功率已突破万瓦。在提升掺镱光纤激光器的输出功率的同时，为了抑制非线性效应，一般提高掺镱离子的浓度，以此减少光纤长度，然而掺镱离子浓度高的光纤容易受到光子暗化的影响，这将会导致长时间工作时，输出功率逐渐下降，从而影响激光器的工作寿命，限制了其应用。
4.目前解决光子暗化主要有两种：第一种为对掺杂光纤制备过程中进行处理，包括离子共掺、气体加氢和结构设计，但这种方法只能尽量减少光子暗化效应对激光器的影响；第二种为光漂白和热漂白，该方法能在一定程度消除光子暗化的影响，但热漂白方法需要较高的温度，影响激光器的稳定工作且操作困难，难以进行推广使用，而光漂白该方法目前由于需要反复手动操作，只应用于实验室，并没有商用化。


技术实现要素：

5.本技术提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统及方法，旨在解决现有的光漂白方法需要反复手动操作的问题。
6.第一方面，本技术提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统，包括：
7.激光器，包括激光输出模块和漂白光源，所述激光输出模块包括增益光纤，所述漂白光源用于将所述增益光纤进行光子暗化漂白；
8.激光输出驱动，与所述激光输出模块连接；
9.漂白光源驱动，与所述漂白光源连接；
10.控制器，所述控制器与所述激光器、所述激光输出驱动、所述漂白光源驱动连接；
11.其中，所述控制器用于：
12.检测所述激光输出模块的出光状态；
13.根据所述激光输出模块的出光状态，控制所述漂白光源驱动，若检测到所述激光输出模块未出光，则控制所述漂白光源驱动驱动所述漂白光源，直至完成预设的漂白周期。
14.可选的，所述控制系统还包括：蓄电源，所述蓄电源与所述漂白光源驱动和所述控制器连接；所述蓄电源用于向所述漂白光源驱动和所述控制器供电；
15.所述控制器用于：
16.控制所述蓄电源向所述漂白光源驱动供电，并控制所述漂白光源驱动驱动漂白光源，直至完成预设的漂白周期。
17.可选的，所述控制系统还包括：激光器总电源，所述激光器总电源与所述激光输出驱动和所述蓄电源连接，所述激光器总电源用于向所述蓄电源充电，并给所述激光输出驱动供电。
18.可选的，所述控制系统还用于：控制所述激光输出驱动驱动所述激光输出模块。
19.可选的，在所述控制器控制所述漂白光源驱动驱动漂白光源过程中，若检测到所述激光输出模块出光，则所述控制器控制所述漂白光源关闭，并将剩余的漂白时间计入下一个漂白周期。
20.可选的，所述激光输出驱动的工作时间为t1，所述漂白光源的工作时间为t2，所述预设的漂白周期为t3，其中，t3＝t1+t2，所述t1和t2比值为1：(0.01～0.5)。
21.可选的，所述激光输出模块还包括：种子源和泵浦源，所述激光器还包括：第一光隔离器、波分复用器、光纤合束器以及第二光隔离器；
22.其中，所述种子源、所述第一光隔离器、所述波分复用器、所述增益光纤以及所述第二光隔离器依次连接，所述漂白光源连接所述波分复用器的漂白光源端，并用于通过所述波分复用器向所述增益光纤进行光子暗化漂白；所述泵浦源与所述光纤合束器的泵浦输入端连接，并用于通过所述光纤合束器向所述增益光纤提供泵浦光。
23.可选的，所述激光器中还包括光反射器，用于反射漂白光，所述光反射器设于所述第二光隔离器中。
24.可选的，所述增益光纤为掺镱光纤，所述光反射器为高反镀膜。
25.可选的，所述激光器还包括标定光源和剥模器，所述标定光源连接所述波分复用器的标定光源端，所述剥模器设于所述增益光纤和所述第二光隔离器之间，或者设于所述增益光纤和所述波分复用器之间。
26.可选的，所述泵浦源的泵浦方式为单向泵浦或双向泵浦，所述单向泵浦包括正向泵浦或反向泵浦。
27.可选的，用于第一方面所述的控制系统，包括步骤：
28.检测所述激光输出模块的出光状态；
29.根据所述激光输出模块的出光状态，控制所述漂白光源驱动，若检测到所述激光输出模块未出光，则控制所述漂白光源驱动驱动所述漂白光源，直至完成预设的漂白周期。
30.有益效果：
31.本技术提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统，通过激光器内的设置控制器来自动控制漂白光源的开启与关闭，不需要人为操作，简化了操作；并且通过对使用中的激光器进行周期性的自动漂白，有利于抑制光子暗化导致激光器功率衰减，保证激光器输出激光功率的稳定性。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
33.图1是本技术实施例提供的抑制光纤激光器中光子暗化的装置的结构框图；
34.图2是本技术实施例提供的抑制光纤激光器中光子暗化的装置中的激光器的第一种结构示意图；
35.图3是本技术实施例提供的抑制光纤激光器中光子暗化的装置中的激光器的第二种结构示意图；
36.图4是本技术实施例提供的抑制光纤激光器中光子暗化的装置中的激光器的第三种结构示意图；
37.图5是本技术实施例提供的抑制光纤激光器中光子暗化的方法的流程示意图。
38.附图标记：1、种子源；2、第一光隔离器；3、标定光源；4、漂白光源；5、波分复用器；6、第一泵浦源；7、第二泵浦源；8、第一光纤合束器；9、增益光纤；10、第一剥模器；11、第二光隔离器；12、第二光纤合束器；13、第三泵浦源；14、第四泵浦源；15、第二剥模器；20、蓄电源；30、激光输出驱动；40、控制器；50、漂白光源驱动；60、激光器总电源。
具体实施方式
39.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
42.首先，如图1至图4所示，本技术实施例提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统，包括：
43.激光器，包括激光输出模块和漂白光源4，所述激光输出模块包括增益光纤9，所述漂白光源4用于将所述增益光纤9进行光子暗化漂白；
44.激光输出驱动30，与所述激光输出模块连接；
45.漂白光源驱动50，与所述漂白光源4连接；
46.控制器40，所述控制器40与所述激光器、所述激光输出驱动30、所述漂白光源驱动50连接；其中，所述控制器40用于：检测所述激光输出模块的出光状态；并根据所述激光输出模块的出光状态，控制所述漂白光源驱动50，若检测到所述激光输出模块未出光，则控制所述漂白光源驱动50驱动所述漂白光源4，直至完成预设的漂白周期。
47.本技术实施例通过激光器内的控制器40来自动控制漂白光源4的开启与关闭，不需要人为操作，简化了操作；并且通过对使用中的激光器进行周期性的自动漂白，有利于抑制光子暗化导致激光器功率衰减，保证激光器输出激光功率的稳定性。
48.在一些实施例中，所述控制系统还包括：激光器总电源60，所述激光器总电源60与所述激光输出驱动30和所述蓄电源20连接，所述激光器总电源60用于向所述蓄电源20充电，并给所述激光输出驱动30供电。
49.在一些实施例中，所述控制系统还包括：蓄电源20，所述蓄电源20与所述漂白光源驱动50和所述控制器40连接；所述蓄电源20用于向所述漂白光源驱动50和所述控制器40供电；所述控制器40用于：控制所述蓄电源20向所述漂白光源驱动50供电，并控制所述漂白光源驱动50驱动漂白光源4，直至完成预设的漂白周期。通过在光纤激光器内加入蓄电源20，此时漂白周期不受激光器总电源60的关闭而停止，即激光器总电源60关闭时，漂白光源4依旧能正常工作，有利于抑制光子暗化导致激光器功率衰减，从而保证光纤激光器输出激光功率的稳定性。
50.示例的，为了更好的理解，以下列举了当所述控制系统中设有总电源和蓄电源20时，所述控制系统的工作方法：
51.当激光器总电源60处于开启状态时，所述激光器总电源60给蓄电源20充电，并给控制器40供电，控制器40可以控制激光输出驱动30的工作状态。当激光输出驱动30正常工作时，激光输出模块开始输出激光，此时漂白光源驱动50处于关闭状态；当激光输出模块关闭时，控制器40自动控制蓄电源20给漂白光源驱动50供电，漂白光源4开始工作，直至完成预设的漂白周期。
52.当激光器总电源60处于关闭状态时，即激光输出驱动30处于关闭状态，但蓄电源20可以给控制器40和漂白光源驱动50供电，此时控制器40可根据情况控制漂白光源驱动50给漂白光源4供电，漂白光源4开始工作，直至完成预设的漂白周期。
53.因此，根据以上可以看出，在关闭激光输出驱动30之后，无论是激光器总电源60处于开启还是关闭状态，此时蓄电源20都将给控制器40和漂白光源驱动50供电，漂白光源4自动对增益光纤9光子暗化进行漂白，直至预设的漂白周期，控制器40将自动控制漂白光源4的关闭。
54.在一些实施例中，所述漂白光源4工作时间可根据激光输出驱动30工作时间来定，特别的，所述激光输出驱动30的工作时间为t1，所述漂白光源4的工作时间为t2，所述预设的漂白周期为t3，其中，所述预设的漂白周期为t1加t2的总时间，即t3＝t1+t2，所述t1和t2比值为1：(0.01～0.5)。例如当激光输出驱动30工作时间为20小时，则漂白光源4工作时间可以为0.2至10小时。在这个比值范围内，抑制光子暗化导致激光器功率衰减的效果更好。可以理解的是，所述t1和t2比值可以为1：(0.01～0.5)范围内的任意值，例如1：0.01、1：0.05、1：0.1、1：0.15、1：0.2、1：0.25、1：0.3、1：0.35、1：0.4、1：0.45、1：0.5等，或是1：(0.01～0.5)范围内其他未列出的数值。
55.在一些实施例中，在所述控制器40控制所述漂白光源驱动50驱动漂白光源4过程中，若检测到所述激光输出模块出光，则所述控制器40控制所述漂白光源4关闭，并将剩余的漂白时间计入下一个漂白周期。如此，可以避免因漂白光源4工作时间中断造成的不利的影响。
56.在一些实施例中，所述控制系统还用于：控制所述激光输出驱动30驱动所述激光输出模块。
57.在一些实施例中，所述激光输出模块还包括：种子源1和泵浦源，所述激光器还包
括：第一光隔离器2、波分复用器5(wdm)、光纤合束器以及第二光隔离器11；
58.其中，所述种子源1、所述第一光隔离器2、所述波分复用器5、所述增益光纤9以及所述第二光隔离器11依次连接，所述漂白光源4连接所述波分复用器5的漂白光源4端，并用于通过所述波分复用器5向所述增益光纤9进行光子暗化漂白；所述泵浦源与所述光纤合束器的泵浦输入端连接，并用于通过所述光纤合束器向所述增益光纤9提供泵浦光。
59.在一些实施例中，所述激光器中还包括光反射器，用于反射漂白光，所述光反射器设于所述第二光隔离器11中。通过在所述第二光隔离器11加入所述光反射器，可防止漂白光的漏出，激光器不会漏光，更加安全，操作更加简便。
60.在一些实施例中，所述光纤激光器还包括标定光源3和第一剥模器10，所述标定光源3连接所述波分复用器5的标定光源端，所述第一剥模器10设于所述增益光纤9和所述第二光隔离器11之间，或者设于所述增益光纤9和所述波分复用器5之间。所述标定光源3与漂白光源4共用一个波分复用器5，无需附加额外器件，简化了激光器的结构。所述第一剥模器10可以用于剥除包层光。
61.在一些实施例中，激光输出驱动30可通过对种子源1、标定光源3、泵浦源供电从而实现激光输出模块的驱动。
62.针对本技术实施例，所述泵浦源可以为一个或多个，当所述泵浦源为多个时，多个泵浦源可以与光纤合束器的泵浦输入端连接。例如在一些实施例中，如图2至图4所示，图2至图4中的泵浦源为两个，分别包括第一泵浦源6和第二泵浦源7。所述光纤合束器可以为一个也可以为多个，如图2和图3所示，所述光纤合束器为一个，即第一光纤合束器8，如图4所示，所述光纤合束器为两个分别为第一光纤合束器8和第二光纤合束器12。在一些实施例中，所述泵浦源的泵浦方式可以为双向泵浦，也可以为单向泵浦，如图2和图3所示，所述泵浦源为单向泵浦，如图4所示，所述泵浦源为双向泵浦。在一些实施例中，所述单项泵浦可以为正向泵浦，也可以为反向泵浦，当为正向泵浦时，在一些实施例中，如图2所示，所述泵浦源位于所述波分复用器5和增益光纤9之间。当为反向泵浦时，如图3所示，所述泵浦源位于所述输出器件和增益光纤9之间。
63.示例的，当所述泵浦源为正向泵浦时，如图2所示，所述激光器的结构为：种子源1连接第一光隔离器2的一端；所述第一光隔离器2的另一端连接所述波分复用器5的信号输入端；所述波分复用器5的标定光源端连接所述标定光源3；所述波分复用器5的漂白光源4端连接所述漂白光源4；所述波分复用器5的公共端连接所述第一光纤合束器8的信号端；所述第一泵浦源6和第二泵浦源7连接所述第一光纤合束器8泵浦端；所述第一光纤合束器8的公共端连接所述增益光纤9的一端；所述增益光纤9的另一端连接所述第一剥模器10的一端；所述第一剥模器10的另一端连接所述第二光隔离器11的一端。
64.示例的，当所述泵浦源为反向泵浦时，如图3所示，所述激光器的结构为：种子源1连接所述第一光隔离器2的一端；所述第一光隔离器2的另一端连接所述波分复用器5的信号输入端；所述波分复用器5的标定光源端连接所述标定光源3；所述波分复用器5的漂白光源4端连接所述漂白光源4；所述波分复用器5的公共端连接所述第一剥模器10的一端，所述第一剥模器10的另一端连接所述增益光纤9的一端；所述增益光纤9的另一端连接所述第一光纤合束器8的公共端；所述第一泵浦源6和第二泵浦源7连接所述第一光纤合束器8泵浦端；所述第一光纤合束器8的信号端连接所述第二光隔离器11的一端。
65.示例的，当所述泵浦源为双向泵浦时，如图4所示，所述激光器的结构为：种子源1连接第一光隔离器2的一端；所述第一光隔离器2的另一端连接所述波分复用器5的信号输入端；所述波分复用器5的标定光源端连接所述标定光源3；所述波分复用器5的漂白光源4端连接所述漂白光源4；所述波分复用器5的公共端连接第二剥模器15的一端，所述第二剥模器15的另一端连接所述第一光纤合束器8的信号端；所述第一泵浦源6和第二泵浦源7连接所述第一光纤合束器8泵浦端；所述第一光纤合束器8的公共端连接所述增益光纤9的一端；所述增益光纤9的另一端连接所述第二光纤合束器12的公共端；所述第三泵浦源13和第四泵浦源14连接所述第二光纤合束器12泵浦端；所述第二光纤合束器12的信号端连接所述第一剥模器10的一端；所述第一剥模器10的另一端连接所述第二光隔离器11的一端。
66.为了更好的理解，以下以图2中的正向泵浦为例，对激光器的输出光路、漂白光路以及标定光路进行介绍。
67.激光输出光路为：种子源1产生中心波长为1.064μm的信号光通过wdm和第一光纤合束器8进入增益光纤9，此时2个泵浦源产生976nm的泵浦光通过第一光纤合束器8进入增益光纤9，使增益光纤9粒子数反转，并放大信号光，放大后的信号光经过第一剥模器10进行包层光剥离，并最终通过光隔离器形成中心波长为1.064μm激光输出。
68.漂白光光路为：漂白光源4产生中心波长为355nm的漂白光通过wdm和第一光纤合束器8进入增益光纤9，对增益光纤9产生的光子暗化进行漂白，最终通过第一剥模器10进入光隔离器，由于光隔离器里面的晶体或镜片带有高反膜，导致漂白光无法输出，并损耗在隔离器内部。
69.标定光光路：与漂白光路类似，不同是可以通过光隔离器输出。
70.在一些实施例中，所述增益光纤9为掺镱光纤，所述光反射器为高反镀膜。具体的，所述高反镀膜可以设置在所述第二光隔离器11的晶体或镜片中。
71.所述激光器中，标定光源3、漂白光源4、泵浦源、光隔离器具体可以选用以下器件：
72.标定光源3可以为带有光纤输出的半导体激光器，输出波长的数值范围为600至700nm，输出功率的数值范围为0.1mw至1w。
73.所述漂白光源4可以为带有光纤输出的光纤激光器、固体激光器、半导体激光器其中的一种，其输出波长的数值范围为300至400nm，输出功率的数值范围为0.1mw至10w。
74.所述泵浦源(例如第一泵浦源6至第四泵浦源14)可以为带有光纤输出的半导体激光器，输出泵浦光波长的数值范围为910至980nm；所述泵浦方式为纤芯单端泵浦、纤芯双端泵浦、包层单端泵浦或包层双端泵浦其中一种。
75.所述第一光隔离器2为在线式光隔离器。
76.所述第二光隔离器11为在线式光隔离器，自由空间光隔离器中的一种，所述第二光隔离器11里面的晶体或镜片带有高反膜，其高反波长为漂白光源4输出波长，其反射率一般高于99.9％。
77.本技术还提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的方法，如图5所示，用于以上实施例提供的控制系统，包括步骤：
78.s10.检测所述激光输出模块的出光状态；
79.s20.根据所述激光输出模块的出光状态，控制所述漂白光源驱动，若检测到所述激光输出模块未出光，则控制所述漂白光源驱动驱动所述漂白光源，直至完成预设的漂白
周期。
80.下面通过实施例对本技术进行详细说明。
81.实施例1
82.本实施例提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的装置，结构如图1和图2所示，包括激光器、激光输出驱动30、漂白光源驱动50、激光器总电源60、蓄电源20以及控制器40。
83.该激光器包括激光输出模块和漂白光源，具体结构如图2所示。种子源1连接第一光隔离器2的一端；所述第一光隔离器2的另一端连接所述波分复用器5的信号输入端；所述波分复用器5的标定光源端连接所述标定光源；所述波分复用器5的漂白光源端连接所述漂白光源4；所述波分复用器5的公共端连接所述第一光纤合束器8的信号端；所述第一泵浦源6和第二泵浦源7连接所述第一光纤合束器8泵浦端；所述第一光纤合束器8的公共端连接所述增益光纤9的一端；所述增益光纤9的另一端连接所述第一剥模器10的一端；所述第一剥模器10的另一端连接所述第二光隔离器11的一端。
84.在本实施例的抑制光纤激光器中光子暗化的装置中，激光器总电源60分别给蓄电源20充电与激光输出驱动30供电，激光输出驱动30给可以给种子源1、标定光源3、第一泵浦源6和第二泵浦源7供电；蓄电源20具备可充电供电功能，其可以给控制器40和漂白光源驱动50供电；控制器40可控制整个激光器的运行；漂白光源驱动50给漂白光源4供电。
85.抑制光纤激光器中光子暗化的工作方法具体为：激光输出驱动运行一段时间后(即激光器正常出光一段时间后)，关闭激光输出驱动(即光纤激光器未出光)后，无论激光器总电源是否开启，此时蓄电源都将给控制器与漂白光源驱动供电，控制器自动控制漂白光源打开，对增益光纤光子暗化进行漂白，达到预设时间后，由控制器自动控制漂白光源的关闭。
86.实施例2
87.本实施例提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的装置，与实施例1的区别仅在于工作方法的不同：
88.当激光器总电源开启并通过控制器控制输出激光20小时后，此时通过控制器控制输出激光驱动关闭或将激光器总电源关闭，停止激光输出，与此同时控制器自动控制蓄电源向漂白光源驱动供电，漂白光源驱动向漂白光源供电，此时漂白光源发出中心波长为355nm的漂白光并通过所述漂白光光路对增益光纤进行预设0.5小时光子暗化漂白。
89.但在漂白0.2小时后，人为通过控制器控制激光通过上述所述的激光光路重新输出激光，此时控制器控制漂白光源停止出光，剩余0.3小时光子暗化漂白累计至下一次漂白时间，重新输出激光20小时后，停止激光输出，于此同时控制器自动控制蓄电源向漂白光源驱动供电，漂白光源驱动向漂白光源供电，此时漂白光源发出中心波长为355nm的漂白光并通过漂白光光路对增益光纤进行预设0.8小时光子暗化漂白，其中0.3小时是由上次剩余漂白时间累计至这一次漂白时间。
90.综上所述，本技术提供一种抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统及方法，通过激光器内的设置控制器来自动控制漂白光源的开启与关闭，不需要人为操作，简化了操作；并且通过对使用中的激光器进行周期性的自动漂白，有利于抑制光子暗化导致激光器功率衰减，保证激光器输出激光功率的稳定性。
91.以上对本技术实施例所提供的一种抑制光纤激光器中光子暗化的控制系统及方
法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术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技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，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技术的限制。