光功率放大系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及激光器的技术领域，尤其是涉及一种光功率放大系统及其控制方法。


背景技术：

2.光功率放大器凭借其结构紧凑、抗环境干扰能力强、转换效率高和光束质量好等优点，与种子激光器配合后在基础科研、工业加工、测量与探测等领域有着重要应用价值。但由于光纤类光功率放大器中没有谐振腔结构，在泵浦开启的状态下，当无种子光输入时，光功率放大器中的光纤增益介质会发生自激振荡，产生巨脉冲，烧毁光纤，毁坏整个放大器。
3.针对这个问题，现有技术通常采用对种子激光的输出功率进行实时监控的方式，当探测到种子激光的输出功率低于设定值便关闭光功率放大器的泵浦二极管，避免自激振荡发生。但是这个方式在光功率放大器的光电分离的状态下实现起来会有困难。在光电分离状态下，电路驱动模块需要经过连接线到光学模块中控制泵浦二极管，而当连接线长度较大时，传输的信号易受到干扰，导致泵浦二极管的电压和电流不稳定，最终影响光功率放大器的输出功率稳定性。此时，如果在电路驱动模块中加入合适的电容可以有效提升电压和电流稳定性，但也会使得电路驱动在接收到种子激光功率不足信号并切断泵浦二极管时存在延时，从而使得光功率放大器中发生自激振荡。
4.有鉴于此，需要提供一种能够有效克服光功率放大器中因无种子激光或者种子激光功率较低时，避免光功率放大器中的光纤增益介质自激振荡导致的光功率放大器损毁问题。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供一种光功率放大系统，所述光功率放大系统包括：光束系统，所述光束系统用于提供相互独立的第一种子激光光束和第二种子激光光束；光开关，所述光开关设置于所述第二种子激光光束的传输光路上；光功率放大器，所述光功率放大器设置于所述光束系统的输出端；以及光开关控制装置，所述光开关控制装置电连接所述光功率放大器和所述光开关；其中，所述光功率放大器反馈所述第一种子激光光束的输出功率，当所述输出功率小于预定值时，所述光开关控制装置控制所述光开关迅速开启，所述第二种子激光光束传输至所述光功率放大器中。
6.在一优选的实施方式中，所述光束系统包括：种子激光器，用于输出第一种子激光光束；备用种子激光器，用于输出第二种子激光光束；其中，所述种子激光器和所述备用种子激光器各自独立。
7.在一优选的实施方式中，所述种子激光器和所述备用种子激光器处于常开状态，所述光开关在所述输出功率不小于所述预定值时处于常关状态。
8.在一优选的实施方式中，所述光束系统包括：种子激光器和分束器，所述种子激光器输出的激光光束经所述分束器分为相互独立的第一种子激光光束和第二种子激光光束。
9.在一优选的实施方式中，还包括合束器，所述合束器位于所述光功率放大器和所述光束系统的之间，其中，所述第一种子激光光束和/或所述第二种子激光光束经所述合束器组合成单个激光光束输入至所述光功率放大器中。
10.在一优选的实施方式中，所述合束器选自光纤拉锥合束器，或者分光片合束器。
11.在一优选的实施方式中，所述光开关包括基于电光晶体效应的光开关，或者，基于声光晶体效应的光开关。
12.在一优选的实施方式中，所述光开关的开启时间小于10ns。
13.在一优选的实施方式中，还包括监控单元和比较单元，所述监控单元将来自所述第一种子激光光束的至少一束种子激光的光信号转换为电信号后生成所述输出功率；所述比较单元比较所述输出功率和所述预定值，并产生开关控制信号，所述光开关根据所述开关控制信号迅速开启。
14.本发明还提供一种光功率放大系统的控制方法，所述控制方法包括：提供相互独立的第一种子激光和第二种子激光，所述第一种子激光接入光功率放大器，所述第二种子激光通过光开关后接入所述光功率放大器，当所述第一种子激光正常运行时，所述光开关处于常关状态，而所述第二种子激光处于常开状态；比较所述第一种子激光光束的输出功率与预定值；若所述输出功率小于所述预定值，则控制光开关迅速开启，使得所述第二种子激光光束穿过所述光开关进入所述光功率放大器中。
15.与现有技术相比，本发明提供一种光功率放大系统及控制方法，光功率放大系统中包括两路各自独立的种子激光光束，当一路种子激光光束出现异常时，快速开启光开关控制另一路备份种子激光光束能够增补至光功率放大器中，防止光功率放大器运行在无种子激光或种子激光的输出功率过低的状态下，进而实现对光功率放大器的有效保护。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例1中光功率放大系统的示意图。
18.图2为本发明实施例2中光功率放大系统的示意图。
19.图3为本发明光功率放大系统的部分功能模块图。
20.图4为本发明光功率放大系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
21.为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.现有的基于光纤的光功率放大系统中，种子激光器的种子激光通过传输光纤输入光功率放大器（如光纤放大器），种子激光与功率放大器中增益介质（如光纤增益介质）相互作用进行功率放大后输出高功率激光。由于，种子激光器本身的异常，或者，种子激光器和功率放大器之间的传输光纤、其他辅助器件或者电路控制模块等故障，均可能导致没有种子激光进入光功率放大器，或者，进入光功率放大器的种子激光的功率变低，此时都容易造成光功率放大器中的增益介质发生自激振荡，损毁整个光功率放大系统。
24.针对上述问题，本发明在现有的光功率放大系统额外设置一组备用种子激光和光开关，备用种子激光同样被接入到光功率放大器中，当现有的种子激光不能输入到光功率放大器，或者，现有的种子激光输入至光功率放大器的输出功率小于一定设定值时，快速开启光开关，控制备用种子激光能够进入光功率放大器中，保证光功率放大器中始终有种子激光且种子激光的功率能够满足增益介质的激发要求。
25.如图1所示，本发明实施例1中提供包括备用种子激光器4的功率放大器系统。
26.具体的，光功率放大系统包括光束系统、光开关5、光功率放大器2和光开关控制装置6，光束系统用于提供相互独立的第一种子激光光束和第二种子激光光束；光开关4设置在第二种子激光光束的传输光路上；光功率放大器2设置在光束系统的输出端；光开关控制装置6和光开关5以及光功率放大器2电连接；其中，光功率放大器2反馈第一种子激光光束的输出功率，当输出功率小于预定值时，光开关控制装置6控制光开关5迅速开启，第二种子激光光束传输至光功率放大器2中。
27.本实施例中，光束系统包括通过种子激光器1和备用种子激光器4，种子激光器1用于输出第一种子激光光束；备用种子激光器4用于输出第二种子激光光束；其中，所述种子激光器和所述备用种子激光器各自独立。优选的，光功率放大系统工作时，种子激光器1和备用种子激光器4均处于常开状态，其中，光开关5在未接收到光开关控制装置6的控制信号之前，始终处于常关状态。
28.即，通过提供独立的备份种子激光器4及对应的调控模块（光开关5和光开关控制装置6），确保光开关5打开后，备份种子激光器4输出的第二种子激光光束就能够迅速通过传输光纤8进入光功率放大器2中，进行增补，从而有效避免光功率放大器2中的增益介质因无种子激光或者种子激光的输出功率降低导致的自激振荡现象。
29.本实施方式中，光功率放大器2例如是光纤放大器，增益介质例如稀土金属掺杂光纤。
30.本实施方式中，种子激光器1输出的第一种子激光光束的频率、波长和备用种子激光器4输出的第二种子激光光束的频率、波长可以相同或者不同，但，第一种子激光光束的频率、波长和第二种子激光光束的频率、波长均位于光功率放大器2的增益介质的能级结构相互适配。
31.本实施例中，种子激光器1和备用种子激光器4可以分别为两组独立的激光光源，两组激光光源各自产生频率、波长相同或者不同的种子激光光束。
32.本实施方式中，光开关5可为机械光开关、或电光晶体及驱动电源组成的电光开关（如电光晶体效应的光开关）、或由声光晶体及驱动电源组成的声光开关（如声光晶体效应的光开关）、或能起到切换光路的其他种类光开关。其中，光开关5开启时间小于10ns（纳
秒）。
33.继续参照图1，光功率放大系统还包括合束器3，其位于光功率放大器2和光束系统之间，其中，种子激光器1的第一种子激光光束和备份种子激光器4的第二种子激光光束经合束器3合成一束光束后输入至光功率放大器2中。
34.本实施例中，合束器3例如是选自光纤拉锥合束器。当然根据实际使用需要，合束器3还可以是分光片合束器。
35.另外，种子激光器1、备份种子激光器4和合束器3之间分别设有用于传输第一种子激光光束和第二种子激光光束的传输光纤（或者无源光纤）8。
36.参照图1，光功率放大器2和光开关5可分别通过连接电路9和光开关控制装置6电性连接。
37.结合图1和图3可知，光功率放大系统还包括监控单元20和比较单元10，监控单元20将来自种子激光器1的第一种子激光光束的至少一束种子激光的光信号转换为电信号后生成第一种子激光光束的输出功率；比较单元10用于比较上述输出功率和一预定值，其中，判断输出功率低于预定值，则产生开关控制信号，开关信号被传递至光开关控制装置6中，光开关控制装置6控制光开关5迅速打开，以使备份种子激光器4输出的第二激光光束通过传输光纤8经合束器3输入至光功率放大器2中，进行种子激光的增补。
38.本实施例中，监控单元20可以是集成在功率放大器2中的电子电路模块，电子电路模块通过连接电路9和种子激光放大器1电连接，并用于将从种子激光放大器1中输出的至少一束种子激光的光信号进行光电转换形成电信号。
39.比较单元10可以是集成在功率放大器2中；也可以是集成在开关控制装置6中，并与开关控制装置6形成的独立电子电路模块40；或者，还可以是集成在监控单元20中。
40.在本发明的另一实施方式中，比较单元10和监控单元20可以作为一个单独集成的电子电路模块30，设置光功率放大系统中，并通过连接电路9实现与种子激光器1和开关控制装置6之间电性连接。
41.参照图2，在本发明的实施例2中还提供一种光功率放大系统，其与图1中所示的实施例1中的光功率放大系统的区别在于，光束系统中通过设置种子激光器1的传输光路上的分束器7，将种子激光器1中的种子激光光束分隔成第一种子激光光束和第二种子激光光束。即，本实施例中，以分束器7替换实施例1中的备份种子激光器，同样形成两路各自独立的种子激光光束，当其中一路激光光束的传输异常时，可以快速将另一路备份的种子激光光束输入至光功率放大器2中，以避免光功率放大器2中的增益介质自激振荡而导致的光功率放大器损毁问题。
42.实施例2中，经分束器7形成的第一种子激光光束的频率、波长和第二种子激光光束的频率、波长相同。
43.参照图4，本发明还提供一种上述光功率放大器的控制方法100，其包括：提供相互独立的第一种子激光和第二种子激光，第一种子激光接入光功率放大器，第二种子激光通过光开关后接入光功率放大器，当第一种子激光正常运行时，光开关处于常关状态，而第二种子激光处于常开状态；比较第一种子激光光束的输出功率与预定值；若输出功率小于所述预定值，则控制光开关迅速开启，使得第二种子激光光束穿
过光开关进入光功率放大器中。
44.其中，控制方法100还包括：接受来自所述第一种子激光光束的至少一束种子激光光束的光信号；转换所述光信号为电信号，生成所述第一种子激光光束的输出功率。
45.本发明提供一种光功率放大系统及控制方法，光功率放大系统中包括两路各自独立的种子激光光束，当一路种子激光光束出现异常时，快速开启光开关控制另一路备份种子激光光束能够增补至光功率放大器中，防止光功率放大器运行在无种子激光或种子激光的输出功率过低的状态下，进而实现对光功率放大器的有效保护。
46.本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。