[發明專利]基于后向回光的光纖激光器中模式不穩定觀察裝置及方法

在審

• 申請號: 201711090331.9
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107968310A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 李進延;陳益沙;廖雷;邢潁濱;賀興龍;張芳芳;劉茵紫
• 申請（專利權）人: 華中科技大學鄂州工業技術研究院;華中科技大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/13
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙)42231
• 代理人: 黃君軍

技術領域

本發明涉及高功率光纖激光器技術領域，尤其是涉及一種基于后向回光的光纖激光器中模式不穩定觀察裝置及方法。

背景技術

光纖激光器中的模式不穩定是指在光纖激光器輸出功率超過某一特定的閾值后，光纖激光的輸出模式會帶有明顯的與時間相關的隨機變化，主要表現為高階模功率成分的急劇增加并伴隨有輸出模式成分的快速振蕩，并會導致輸出光束質量的嚴重惡化。因此，對于光纖激光器中的模式不穩定現象進行觀察與判定并設法抑制，對于光纖激光器的正常運轉有著重要意義。

目前，多是采用光電探測器和示波器結合的形式觀察與判定模式不穩定效應是否發生，其原理為：模式不穩定效應伴隨著輸出光信號的劇烈振蕩，經過光電探測器的光-電信號轉換后，得到的電信號必然也會帶有劇烈的振蕩，其可在示波器上產生明顯的振蕩信號，而沒有模式不穩定效應發生時，由于信號不發生振蕩，經過光電探測器的光-電信號轉換后得到的電信號是沒有振蕩的直流信號，故可根據示波器上顯示的信號形狀即可判斷模式不穩定效應是否發生。

基于上述原理，文獻1(M.M.Johansen，M.Laurila，M.D.Maack，D.Noordegraaf，C.Jakobsen，T.T.Alkeskjold，J.Lagsgaard，“Frequency resolved transverse mode instability in rod fiber amplifiers”Optic Express，2013 21(19)，21847-21856)中公開了一種激光器模式不穩定的觀察方法，其主要是對空間耦合的棒形結構光纖的光纖激光器進行模式不穩定效應的測量，其通過一個二向色鏡分光后，在功率計前再擺設一個分光器，分出的少量光束通過中性密度衰減片和小孔之后進入光電探測器測量，該方法不僅結構復雜，而且因為空間耦合的原因對外界環境的振動極為敏感，同時插入的諸多元件在高功率下的正常運轉也是一個極大的挑戰，其對于測量的安全性也存在一定的問題。

而為避免采用復雜的結構，公開號為CN104034515B的中國發明專利公開了一種基于散射光探測的高功率光纖激光器中模式不穩定現象在線監測方法，其采用全光纖結構的階躍折射率分布光纖的光纖激光器進行模式不穩定效應的測量，主要是通過光電探測器直接測量功率計靶面的散射光來觀察模式不穩定，其結構較文獻1簡單，無需插入其他的額外元件，且對外界環境的振動不那么敏感，無論是結構簡單還是系統穩定性方面均較文獻1有著優越性，但是仍然存在高功率下測量的安全性問題，同時測量散射光時仍然需要多次調整光電探測器的位置才能準確捕捉到散射光信號，這樣也增加了整個測試系統的操作復雜性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術不足，提出一種基于后向回光的光纖激光器中模式不穩定觀察裝置及方法，解決現有技術中光纖激光器中模式不穩定測量時操作復雜、安全性低的技術問題。

為達到上述技術目的，本發明的技術方案提供一種基于后向回光的光纖激光器中模式不穩定觀察裝置，包括：

光纖激光器，其包括依次連接的半導體激光器、光纖合束器、高反射率光柵、有源摻鐿光纖、低反射率耦合輸出光柵、包層功率剝離器、光纖端帽，所述光纖合束器的信號臂輸入光纖末端端面切割形成一斜面，所述斜面與垂直于信號臂輸入光纖的平面之間形成有一切割夾角；

信號處理機構，其包括一正對于切割有斜面的信號臂輸入光纖并用于將由斜面反射的的光信號轉換為電信號的光電探測器及一用于將所述電信號轉換為圖像信號的示波器。

同時，本發明還提供一種基于后向回光的光纖激光器中模式不穩定觀察方法，包括如下步驟：

S1、獲取光纖激光器的光纖端帽反射光的部分回射光信號；

S2、將獲取的回射光信號轉換為電信號并處理成圖像信號；

S3、根據圖像信號判斷電信號是否為直流電平信號，若是直流電平信號，則該光纖激光器未發生模式不穩定，否則發生模式不穩定。

與現有技術相比，本發明采用全光纖結構，其對外界機械振動的敏感程度較小，激光除了輸出全部在光纖波導中傳輸，其不需要額外的空間耦合器件，降低了觀察的復雜性和危險性，且利用回射功率較低的回射光進行觀察，調節方便、危險程度低。

附圖說明

圖1是本發明的基于后向回光的光纖激光器中模式不穩定觀察裝置的連接結構示意圖；

圖2是本發明的光纖合束器的信號臂輸入光纖的切削示意圖；

圖3是未發生模式不穩定時示波器的圖像輸出信號；