[實用新型]基于積分球的光纖激光輸出功率在線監測系統

有效

• 申請號: 201320091061.4
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN203364962U
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 陶汝茂;王小林;周樸;馬閻星;肖虎;張漢偉;司磊;許曉軍;陳金寶;劉澤金
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J1/04
• 代理公司: 湖南省國防科技工業局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

技術領域

本發明涉及光纖激光輸出功率在線監測系統，尤其是使用積分球對光纖激光輸出功率進行取樣和無擾動測量的一種光纖激光輸出功率在線測量系統。

背景技術

在醫療及軍事等激光應用技術中，實現激光輸出功率的實時測量同時又不減少輸出能量是極為重要的，尤其是在激光研究過程中，必須實時地對激光器每一次發射的能量予以測定，它是診斷激光性能的直接指標，對激光器的設計、制造、檢測和應用等均具有十分重要的意義。目前，實現激光輸出功率實時測量的常用方法之一是在線測試，即從激光輸出主光束中部分取樣，然后對取樣得到的光束進行測量。在線測試既可以滿足激光輸出功率實時測試的要求，又可以滿足激光器同時進行其他應用的要求，其中最簡潔、最常用的方法就是采用分光器件分光測試法?[魏繼鋒，張凱，錢紹圣，高學燕，周山，周殿華，“高能激光能量在線測試中的不確定度分析，”?強激光與粒子束,2007，1103-1106]。光纖激光是一種新型的固態激光器，具有轉換效率高、光束質量好、熱管理方便、結構緊湊等優點,能夠獲得高功率和高光束質量的激光輸出。目前對光纖激光輸出功率進行實時在線監測所采取的主要方法是使用前面介紹的分光方法，將光纖激光器輸出光束中的一部分能量分出，對分出的光使用光電探測器進行測量[G.?D.?Goodno,?S.?J.?McNaught,?J.?E.?Rothenberg,?T.?S.?McComb,?P.?A.?Thielen,?M.?G.?Wickham,?and?M.?E.?Weber,?Active?phase?and?polarization?locking?of?a?1.4kW?fiber?amplifier,?Optics?Letters,?2010,?35,?1542-1544]。但是，上述方法采用空間結構并需在出射光路上插入光學器件(偏振分光鏡等)，增加了系統的復雜性，并對輸出激光造成不必要的擾動，影響后續應用。此外，激光對插入傳輸光路器件的抗損傷性提出了挑戰。因此，在實際工程化應用中，前面介紹的分光式在線監測激光輸出功率的方法并不適合對光纖激光器輸出功率進行實時在線監測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有激光輸出功率在線監測方法存在光路復雜、難以應用到光纖激光輸出功率在線監測的不足，提供一種基于積分球的光纖激光輸出功率取樣及在線監測的方法，采用該方法可以實現光纖激光輸出功率的無擾動實時監測。

本發明的技術方案是：由于光纖制造工藝、材料等原因，在光纖中會存在缺陷。當激光在光纖中傳輸時，光纖中的缺陷會將入射的激光散射。其中一部分散射光會經光纖包層泄露出來，利用積分球收集從光纖中泄露出來的激光，通過光電探測器、信號處理電路及數據采集處理單元就可以監測散射光功率。而散射光功率與光纖中傳輸的光功率是成正比的，通過實時監測散射光功率就可以實現光纖激光輸出功率的在線監測。

具體技術方案如下：

一種光纖激光輸出功率在線監測系統，包括光纖激光輸出功率取樣器和探測單元；其中，所述探測單元包括光電探測器、信號處理電路和數據采集處理單元；光電探測器放入所述光纖激光輸出功率取樣器輸出窗口中；所述光電探測器產生的信號經信號處理電路處理后送入數據采集處理單元，

所述光纖激光輸出功率取樣器為一金屬積分球，包括上半球和下半球；所述上下半球拼接的地方設有凹槽，用于放置光纖；所述積分球上半球或下半球上設有小孔，作為積分球輸出窗口；所述上半球四個角處設有螺紋，下半球對應的位置也設有螺紋。

所述積分球上半球上的凹槽為半圓柱形，下半球上的凹槽為半圓柱形，上下半球拼接后形成完整的圓柱形；光纖放入上述拼接凹槽后，可以筆直地在積分球內經球心穿過；圓柱形凹槽的直徑尺寸根據所要放入光纖的直徑尺寸決定，以到達允許光纖穿過圓柱形凹槽。

所述的積分球上半球或下半球上的小孔用于放置光電探測器，小孔大小和形狀根據選用的光電探測器決定。

所述的積分球內表面、上下半球拼接平面以及上下半球凹槽內表面均拋光處理為光潔面。

所述的積分球材料優選為鋁，也可以是銅、鐵、PTFE等其他對監測激光波長高反的材料。

采用本發明可以達到以下技術效果：

1、本發明能對光纖激光的輸出功率進行取樣和實時無擾動在線監測，避免了對后續激光應用的影響；

2、本發明可通過更換不同類型的探測器，用于多種不同波長的光纖激光能量監測；

3、本發明能保持光纖激光系統的全光纖緊湊結構；