[發明專利]一種基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態測量裝置

有效

• 申請號: 202011424786.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112611478B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 馬明祥;汪杰;徐馥芳;李瑩穎;萬伏彬;易騰;謝玉波;羅玉昆;胡青青
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創新研究院
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

本發明公開了一種基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態測量裝置，包括：泵浦激光器、光纖波分復用器、摻鉺光纖、金屬化光纖測溫陣列、光纖濾波器、光纖耦合器、光纖隔離器、法珀腔掃描干涉儀、高速光電探測器和頻譜分析與時頻分析模塊。其中，金屬化光纖測溫陣列為本發明裝置中多縱模摻鉺光纖環形激光器諧振腔的組成部分，包含N路串聯相接的金屬化光纖測溫探頭，能夠呈三維柔性鋪設嵌入待測吸收體。本發明通過自組織光物理機制，直接、快速拾取金屬化光纖傳輸路徑上溫度場的平均變化量，具有測量觸面廣、熱響應快、靈敏度高、可焊接性等特點，尤其適于金屬球形腔、循環水流等高能激光能量計吸收體的平均溫變瞬態測量。

技術領域

本發明涉及激光能量計吸收體溫度特性測量、高能激光輸出能量/功率測量等領域，特指一種基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態測量裝置。

背景技術

激光輸出能量/功率是評價高能激光系統品質和研制水平的一項重要指標。在高能激光系統的試驗評估以及諸多工程應用中，對激光能量/功率準確測定的需求越來越迫切。激光能量計是測量高能激光系統輸出能量的重要手段，為提高測量精度，通常采用基于量熱法的全吸收式激光能量計。吸收體作為激光能量計的重要組成部分，對其溫度特性的理解掌握及快速準確測量，直接關乎到能量計的整體設計與測量性能。

目前，現有激光能量計大多采用熱電偶、熱電阻等電學溫度傳感器來測量吸收體溫度變化。電學溫度傳感單元技術成熟、應用廣泛。一方面，熱電偶、熱電阻通常作為點式傳感器使用，僅能反映測量點附近局部區域的溫度信息；在測量吸收體的大范圍溫度場時，需采用密集的傳感器陣列。以全固態吸收型能量計為例，合理的熱電偶陣列布局常包含數十至上百個測溫單元；在水流冷卻型能量計中，為提高測量靈敏度，常將多個熱電偶串聯組成熱電堆進行測溫，以增強對微小溫差的分辨能力。這些測溫方式均會導致結構復雜、一致性低、耗費空間等問題。另一方面，熱電偶、熱電阻的溫度響應時間一般在百毫秒至秒量級，無法實時響應快速變化的溫度場或平均溫度，進而難以瞬態測量分析吸收體的熱響應特性。在水流吸收型激光能量計中，通常采用各種強制熱交換的措施加快水流的熱交換，降低水流的溫度梯度、保證水流溫度盡可能均勻，使其溫度分布在到達熱電偶陣列之前處于一種準穩態，用以一定程度解決慢響應溫度傳感器與快速變化溫度信號之間的測量矛盾。名稱為《大能量長脈沖激光能量計吸收體溫度特性》的現有技術中(李南等，紅外與激光工程，2018，47(4))，對大能量長脈沖激光輻照下的吸收體溫度周期振蕩特性進行了理論研究與數值分析，但缺乏一種與之相匹配可行的快響應溫度測量手段。

迄今，尚未見一種基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態測量裝置，可適用于提升吸收體平均溫變快速測定能力，并為新型快響應激光能量計技術開發提供借鑒。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構緊湊、原理簡單、操作方便、兼具快速響應與溫度場物理平均優勢的基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態測量裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于金屬化光纖傳感的吸收體溫度特性瞬態測量裝置，包括：泵浦激光器、光纖波分復用器、摻鉺光纖、金屬化光纖測溫陣列、光纖濾波器、2×2光纖耦合器、光纖隔離器、1×2光纖耦合器、法珀腔掃描干涉儀、高速光電探測器和頻譜分析與時頻分析模塊；

所述泵浦激光器的輸出端與光纖波分復用器的輸入端連接，用于輸入泵浦激光信號；

所述光纖波分復用器的兩輸出端分別與摻鉺光纖和金屬化光纖測溫陣列連接，分別輸出激光信號；

所述摻鉺光纖的輸入端與光纖波分復用器上遠離泵浦激光器的輸出端連接，摻鉺光纖的輸出端與2×2光纖耦合器連接；所述摻鉺光纖作為增益介質；

所述金屬化光纖測溫陣列的輸入端與光纖波分復用器上靠近泵浦激光器的輸出端連接，金屬化光纖測溫陣列的輸出端與光纖濾波器連接；所述金屬化光纖測溫陣列包含N路結構相同且串聯相接的金屬化光纖測溫探頭，N≥3；