大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，包括准直器、高功率分光镜、功率计、缩束镜、第一45°分光镜、积分球、光电探测器、示波器、光谱仪、衰减片、滤光片、第二45°分光镜、光束质量测量仪、第三45°分光镜、会聚透镜、远场测量CCD相机、近场测量CCD相机、路由器、控制计算机等。利用上述光学元器件和仪器，按照设定的光路结构，对大功率光纤激光器的输出光束进行合理分光，并在控制计算机上运行光纤激光器主要参数同步测试软件（登记号：2018SR425558），同步控制功率计、光束质量测量仪、积分球、光谱仪、光电探测器、CCD相机等仪器，实现对输出功率、光束质量、输出光谱、功率时域稳定性、近场强度分布、远场强度分布的同步测量。

Synchronization Testing Device for High Power Fiber Laser Parameters

The invention provides an integrated synchronous testing device for parameters of high power fiber laser, including collimator, high power spectroscope, power meter, condenser, first 45 degree spectroscope, integrating sphere, photoelectric detector, oscilloscope, spectrometer, attenuator, filter, second 45 degree spectroscope, beam quality measuring instrument, third 45 degree spectroscope, convergent lens and far field measuring CCD camera. Near-field measurement CCD camera, router, control computer, etc. Using the optical components and instruments mentioned above, the output beams of high-power fiber laser are reasonably divided according to the set optical structure, and the main parameters of the fiber laser are synchronously tested on the control computer (registration number 2018SR425558). The power meter, beam quality measuring instrument, integrating sphere, spectrometer, photoelectric detector and CCD camera are synchronously controlled. The synchronous measurement of output power, beam quality, output spectrum, power stability in time domain, near-field intensity distribution and far-field intensity distribution is realized.

【技术实现步骤摘要】
大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置
本专利技术提供一种大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，能够一体化同步测量大功率光纤激光器（平均功率介于0.5~30kW）的多项参数，属于测试
，可广泛应用于大功率光纤激光器的测试。
技术介绍
光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、热管理方便、结构紧凑、可柔性操作等优点，广泛应用于工业加工和国防领域。使用、评估光纤激光器需要准确的测量光纤激光器的性能参数。大功率连续波光纤激光器的参数包括：输出功率、光束质量、输出光谱、功率时域稳定性等。目前，针对上述光纤激光器参数的测量设备已经比较成熟，市场上出现了多款测试仪器。然而，采用单个仪器设备逐一测试上述各项参数，不但工作量大、操作繁琐，而且无法获得光纤激光器在同一时刻、同一状态下的各项参数。近年来，有研究人员提出了分光测量的方案（CN201610305698.7）：首先采用分光元件将大功率光纤激光器的输出光束进行分光，然后将分光后的各路光束分别入射到各个测量仪器中，实现对多个参数的同步测量。但这种分光测量方案仍然存在两个方面的问题。一方面是光路上的各种光学元件（特别是分光元件）会影响测量结果的准确性，要减小这种影响必须对光学链路中的每一个光学元件、每一台仪器的多种指标做出非常细致的要求。而这些要求与被测激光器的功率水平密切相关，不能一概而论。目前，尚未看到详细具体的光学元件、测量仪器的指标体系能够满足大功率光纤激光器（平均功率介于0.5~30kW）参数测试的要求。另一方面，在这种分光测量方案中，虽然被测光束分光后同时入射到了多台测量仪器中，但是这些测量仪器仍然由人工操作，参数测量、数据采集和数据存储的同步性受限于各个测试人员的操作同步性，一般都在秒量级，无法实现更高的同步精度。在分光测量方案中，若使用控制计算机同步控制所有的测量仪器同时进行参数测量、数据采集、数据存储，则能够极大的提高测量的同步性。然而，这些测量仪器都是由不同厂商按照不同的标准生产的，它们的控制接口、数据格式、传输协议、采样时长各不相同，简单的将这些测量仪器连接到控制计算机并不能实现协同控制。目前尚未看到能够协同控制功率计、光谱仪、示波器、光束质量测量仪、近场/远场测量相机等测量仪器的控制方案。
技术实现思路
针对现有测试技术存在的缺陷，本专利技术提供一种大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置。本专利技术利用若干光学元器件，按照一定的准则，对大功率光纤激光器的输出光束进行分光，分别采用功率计、光束质量测量仪、积分球、光谱仪、光电探测器、示波器、远场测量CCD相机、近场测量CCD相机，测量被测光纤激光器的输出功率、光束质量、输出光谱、功率时域稳定性、近场强度分布、远场强度分布等参数。并对上述光学元件和测量仪器做了详细具体的指标约束，以保证测量精度。进一步地，本专利技术按照一定的布局，采用合适的线路将上述多种测量仪器与控制计算机组成控制网络，并在控制计算机上运行特定的测控软件，能够同时测量大功率光纤激光器的多种参数，保证参数测试的同步性优于1ms。具体地，本专利技术的技术方案是：一种大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，包括准直器、高功率分光镜、功率计、缩束镜、第一45°分光镜、积分球、光电探测器、示波器、光谱仪、衰减片、滤光片、第二45°分光镜、光束质量测量仪、第三45°分光镜、会聚透镜、远场测量CCD相机、近场测量CCD相机；被测光纤激光器的输出端与准直器连接，被测光纤激光器输出的光束经准直器准直后，入射到高功率分光镜上，经高功率分光镜反射的光束入射到功率计的靶面中心，经高功率分光镜透射的光束入射到缩束镜上，经缩束镜缩束后入射到第一45°分光镜，经第一45°分光镜反射的光束入射到积分球中。积分球上安装有光电探测器，所述的光电探测器与示波器的信号线连接，光电探测器将采集到的光信号转换为电信号并输出到示波器。光谱仪通过单模光纤跳线与积分球连接。经第一45°分光镜透射的光束经过衰减片、滤光片后入射到第二45°分光镜上；经第二45°分光镜反射的光束入射到光束质量测量仪中；经第二45°分光镜透射的光束入射到第三45°分光镜上，经第三45°分光镜反射的光束经过会聚透镜后聚焦在远场测量CCD相机上，经第三45°分光镜透射的光束入射到近场测量CCD相机中。进一步地，本专利技术还包括路由器和控制计算机。所述的示波器与光谱仪通过网线与路由器相连接，所述的功率计、光束质量测量仪、远场测量CCD相机、近场测量CCD相机通过USB3.0数据线分别与控制计算机连接，所述的路由器通过网线与控制计算机连接。将控制计算机、路由器与功率计、光束质量测量仪、远场/近场测量CCD相机、光电探测器、示波器、光谱仪组成控制网络。所述的控制计算机内预先加载有大功率光纤激光器参数同步测试软件，控制计算机运行大功率光纤激光器参数同步测试软件，同步控制功率计、示波器、光谱仪、光束质量测量仪、远场测量CCD相机和近场测量CCD相机，实现被测光纤激光器输出功率、功率时域稳定性、输出光谱、光束质量、远场强度分布、近场强度分布的同步测量、数据的同步采集和同步存储。所述的被测光纤激光器为连续波光纤激光器，其输出功率需处于0.5~30kW之间，输出的激光波长λ处于1060~1090nm之间，被测光纤激光器的输出端为QBH接口。所述的准直器的像差小于λ/20，其输入端为QBH接口，其输出端通光口径>2.5cm，被测光纤激光器输出端通过QBH接口与准直器连接。所述的高功率分光镜通光口径>2.5cm，在900~1200nm波段的反射率>99.95%、光谱透射率起伏小于2%、吸收率小于50ppm，像差小于λ/20。所述的功率计为OPHIR公司生产的型号为OPHIR-30KW的大量程功率计。所述的缩束镜的缩束比为5:1，入瞳口径>2.5cm，出瞳口径>0.5cm，像差小于λ/20。所述的第一45°分光镜对透射光与反射光的分光比为99:1，光谱反射率起伏小于2%，像差小于λ/20。所述的积分球为ThorlabsInc公司生产的IS200型积分球。所述的光电探测器为ThorlabsInc公司生产的SM05PD4A型InGaAs探测器，通过螺纹转接头SM05L05安装在积分球球壁上。所述的示波器为Tektronix公司生产的MDO4000型示波器，通过示波器自带的信号线与光电探测器相连。所述的光谱仪为YOKOGAWA公司生产的型号为AQ6370D的近红外光谱仪，通过ThorlabsInc公司生产的SM05FC型单模光纤跳线转接头、P1-980A-FC-1型单模光纤跳线与积分球连接。所述的衰减片的衰减倍率为50，衰减非均匀性小于2%，像差小于λ/20。所述的滤光片在1050~1200nm波段的透射率>95%，在900~1030nm波段的透射率<5%，像差小于λ/20。所述的第二45°分光镜和第三45°分光镜对透射光与反射光的分光比均为5:5，像差均小于λ/20。所述的光束质量测量仪为OPHIR-SPIRICON公司生产的M2-200S型光束质量测量仪。所述的会聚透镜焦距介于15~30cm之间，通光口径>0.5cm，像差小于λ/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，其特征在于：包括准直器、高功率分光镜、功率计、缩束镜、第一45°分光镜、积分球、光电探测器、示波器、光谱仪、衰减片、滤光片、第二45°分光镜、光束质量测量仪、第三45°分光镜、会聚透镜、远场测量CCD相机、近场测量CCD相机；被测光纤激光器的输出端与准直器连接，被测光纤激光器输出波长为λ的光束经准直器准直后，入射到高功率分光镜上，经高功率分光镜反射的光束入射到功率计的靶面中心，经高功率分光镜透射的光束入射到缩束镜上，经缩束镜缩束后入射到第一45°分光镜经第一45°分光镜反射的光束入射到积分球中，积分球上安装有光电探测器，所述的光电探测器与示波器的信号线连接，光电探测器将采集到的光信号转换为电信号并输出到示波器，光谱仪通过单模光纤跳线与积分球连接；经第一45°分光镜透射的光束经过衰减片、滤光片后入射到第二45°分光镜上，经第二45°分光镜反射的光束入射到光束质量测量仪中；经第二45°分光镜透射的光束入射到第三45°分光镜上，经第三45°分光镜反射的光束经过会聚透镜后聚焦在远场测量CCD相机上，经第三45°分光镜透射的光束入射到近场测量CCD相机中。...

【技术特征摘要】
1.一种大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，其特征在于：包括准直器、高功率分光镜、功率计、缩束镜、第一45°分光镜、积分球、光电探测器、示波器、光谱仪、衰减片、滤光片、第二45°分光镜、光束质量测量仪、第三45°分光镜、会聚透镜、远场测量CCD相机、近场测量CCD相机；被测光纤激光器的输出端与准直器连接，被测光纤激光器输出波长为λ的光束经准直器准直后，入射到高功率分光镜上，经高功率分光镜反射的光束入射到功率计的靶面中心，经高功率分光镜透射的光束入射到缩束镜上，经缩束镜缩束后入射到第一45°分光镜经第一45°分光镜反射的光束入射到积分球中，积分球上安装有光电探测器，所述的光电探测器与示波器的信号线连接，光电探测器将采集到的光信号转换为电信号并输出到示波器，光谱仪通过单模光纤跳线与积分球连接；经第一45°分光镜透射的光束经过衰减片、滤光片后入射到第二45°分光镜上，经第二45°分光镜反射的光束入射到光束质量测量仪中；经第二45°分光镜透射的光束入射到第三45°分光镜上，经第三45°分光镜反射的光束经过会聚透镜后聚焦在远场测量CCD相机上，经第三45°分光镜透射的光束入射到近场测量CCD相机中。2.根据权利要求1所述的大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，其特征在于：还包括路由器和控制计算机；所述的示波器与光谱仪通过网线与路由器相连接，所述的功率计、光束质量测量仪、远场测量CCD相机、近场测量CCD相机通过USB3.0数据线分别与控制计算机连接，所述的路由器通过网线与控制计算机连接；将控制计算机、路由器与功率计、光束质量测量仪、远场/近场测量CCD相机、光电探测器、示波器、光谱仪组成控制网络；所述的控制计算机内预先加载有光纤激光器参数同步测试软件，控制计算机运行光纤激光器参数同步测试软件，同步控制功率计、示波器、光谱仪、光束质量测量仪、远场测量CCD相机和近场测量CCD相机，实现被测光纤激光器输出功率、功率时域稳定性、输出光谱、光束质量、远场强度分布、近场强度分布的同步测量。3.根据权利要求1或2所述的大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，其特征在于：所述的被测光纤激光器为连续波光纤激光器，其输出功率需处于0.5~30kW之间，输出的激光波长λ处于1060~1090nm之间，被测光纤激光器的输出端为QBH接口；所述的准直器的像差小于λ/20，其输入端为QBH接口，其输出端通光口径>2.5cm，被测光纤激光器输出端通过QBH接口与准直器连接。4.根据权利要求3所述的大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置，其特征在于：所述的高功率分光镜通光口径>2.5cm，在900~1200nm波段的反射率>99.95%、光谱透射率起伏小于2%、...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩凯，奚小明，王小林，娄兆凯，李志鸿，史尘，许晓军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43