[發明專利]基于散射光探測的光纖激光模式不穩定監測方法

有效

• 申請號: 201410269631.3
• 申請日: 2014-06-17
• 公開（公告）號: CN104034515A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 陶汝茂;王小林;周樸;張坤;張漢偉;馬鵬飛;粟榮濤;于海龍;許曉軍;司磊;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: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 李振

技術領域

本發明涉及高功率光纖激光器中模式不穩定現象的在線監測，尤其是一種基于散射光探測對高功率光纖激光器中模式不穩定現象進行無擾動在線實時監測方法。

背景技術

近年來，隨著高亮度半導體泵浦技術和雙包層光纖制造工藝的發展，光纖激光器的輸出功率已經邁進萬瓦量級的門檻。由于光纖的特殊波導結構，激光能量都被約束在微米級的光纖纖芯內，因此，隨著激光器輸出功率的提高，光纖纖芯內能量密度極高，極易引起各種破壞性的非線性效應。增大光纖纖芯尺寸、降低纖芯內的功率密度是避免非線性效應產生的有效方法之一。但是，增大光纖纖芯尺寸不可避免的會使光纖支持多個模式，從而導致另一個非線性效應——模式不穩定現象，即輸出功率達到某個閾值后，光纖激光的輸出模式由穩定的基模變為能量在基模和高階模之間隨時間迅速轉移的非穩態模式。模式不穩定現象會導致激光光束質量急劇退化，已經成為高功率光纖激光器功率提升的最大限制因素之一。實時在線監測模式不穩定現象是否出現，是高功率光纖激光器研究的重要問題，也是本領域技術人員關注的技術問題之一。目前實現高功率光纖激光模式不穩定實時測量的方法是采用光學分光器件分光測試法[H.Otto,F.Stutzki,F.Jansen,T.Eidam,C.Jauregui,J.Limpert,A.Tunnerman,“Temporal?dynamics?of?mode?instabilities?in?high?power?fiber?lasers?and?amplifiers,”Optics?Express,2012,1103:15710-15722]。上述方法采用空間結構并需在出射光路上插入光學器件(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，影響后續的光束測量。此外，高功率激光對插入激光傳輸光路器件的抗損傷性提出了挑戰。因此，在實際應用中，前面介紹的分光式在線監測高功率光纖激光模式不穩定現象的方法并不適合對高功率光纖激光器中的模式不穩定現象進行實時在線監測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有高功率光纖激光中模式不穩定在線監測方法存在光路復雜，難以應用到高功率光纖激光器中模式不穩定在線監測的不足，發明了一種適用于高功率光纖激光器中模式不穩定在線監測的方法，采用該方法系統可以實現高功率光纖激光放大器中模式不穩定的無擾動實時監測。

本發明的技術原理是：高功率光纖激光傳輸到漫反射表面，經漫反射表面散射的光信號中包含有目標上的光強分布信息[M.A.Vorontsov,V.Kolosov.“Target-in-the-loop?beam?control:basic?considerations?for?analysis?and?wave-front?sensing.”J.Opt.Soc.Am.A,2005,22:126-141.]。通過探測散射的光信號，可監測漫反射表面的光強分布有無變化：當沒有模式不穩定現象時，漫反射表面的光強分布穩定，探測到得信號為直流信號；當模式不穩定現象出現后，漫反射表面的光強分布會快速變化，探測到的信號為起伏的振蕩信號。因此，通過監測散射光信號即可實時監測模式不穩定現象。

具體技術方案如下：

本發明由漫反射表面和光電探測系統組成，其特征在于：所述光電探測系統包括光電探測器和示波器；光電探測器和示波器用同軸電纜相連接；光電探測器放在所述漫反射表面附近，用于收集并探測散射光，并將探測到的信號輸入到示波器；示波器用于實時監測和分析前述光電探測器信號；當沒有模式不穩定現象時，漫反射表面的光強分布穩定，前述光電探測器信號為直流信號；當模式不穩定現象出現后，漫反射表面的光強分布會快速變化，前述光電探測器信號為起伏的振蕩信號。

具體的，本發明中所述光電探測器可以增加透鏡等光學器件，用于增強收集散射光能力。

具體的，本發明中所述漫反射表面的尺寸要大于激光光斑的尺寸，可由任意粗糙、漫反射的材料制成。

具體的，本發明中所述漫反射表面為功率計靶面。

具體的，本發明中所述振蕩信號特征頻率為千赫茲量級。

采用本發明可以達到以下技術效果：

1本發明能對高功率光纖激光器中的模式不穩定進行實時無擾動在線監測，避免了對后續激光應用的影響；

2本發明既能對空間結構的高功率光纖激光器中的模式不穩定進行實時無擾動在線監測，又能對全光纖結構的高功率光纖激光器中的模式不穩定進行實時無擾動在線監測；

3本發明可通過更換不同類型的光電探測器，用于不同波長的高功率光纖激光器中模式不穩定現象監測；