基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的方法及装置，方法包括增加单模光纤振荡器的泵浦功率，同时记录其输出激光功率和高反光栅泄漏光功率，当高反光栅泄漏光功率随泵浦功率的增加而下降时，则判断出现了模式不稳定现象，高反光栅泄漏光功率由上升至下降的拐点处对应的输出激光功率即为模式不稳定阈值。装置包括用于记录光纤振荡器的高反光栅泄漏光功率的第一激光功率计、单模光纤振荡器和用于记录光纤振荡器的输出激光功率的第二激光功率计。本发明专利技术的方法和装置可快速判断光纤振荡器是否出现模式不稳定现象和准确测量模式不稳定阈值，无需对数据进行复杂的计算，装置结构简单，操作简便。简便。简便。

【技术实现步骤摘要】
基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的方法及装置


[0001]本专利技术属于激光
，涉及一种测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的方法及装置，尤其涉及一种基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的方法及装置。

技术介绍

[0002]光纤激光器中的模式不稳定是指在光纤激光器输出功率或功率密度超过一个特定阈值后，光纤激光器输出的激光模式会有明显的与时间相关的随机变化，其主要现象为高阶模功率成分急剧增加，并伴随功率降低光束质量严重退化，限制了光纤激光器对输出功率的进一步提高，因此设法观察、判定和抑制光纤激光器中的模式不稳定，对于提高光纤激光器的功率有着重要意义。
[0003]目前，多是采用光电探测器和示波器结合的形式观察与判定模式不稳定效应是否发生，其原理为：模式不稳定效应伴随着输出光信号的剧烈振荡，经过光电探测器的光-电信号转换后，得到的电信号必然也会带有快速振荡，其可在示波器上产生明显的振荡信号，而没有模式不稳定效应发生时，由于信号不发生振荡，经过光电探测器的光-电信号转换后得到的电信号是没有振荡的直流信号，故可根据示波器上显示的信号形状即可判断模式不稳定效应是否发生。
[0004]基于上述原理，文献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)中公开了一种激光器模式不稳定的观察方法，其主要是对空间耦合的棒形结构光纤的光纤激光器进行模式不稳定阈值的测量，其通过一个二向色镜分光后，在功率计前再摆设一个分光器，分出的少量光束通过中性密度衰减片和小孔之后进入光电探测器测量，通过对光电探测器将获得的光信号转换为电信号，再对电信号进行傅里叶变换(频谱分析)，当变换后频率谱出现明显的特征峰时，即表明光纤激光器出现了模式不稳定现象。但是，该方法不仅结构复杂，而且因为空间耦合的原因对外界环境的振动极为敏感，同时插入的诸多元件在高功率下的正常运转也是一个极大的挑战，其对于测量的安全性也存在一定的问题。此外，还需要对获得的电信号进行复杂的频谱分析，才能判断是否出现模式不稳定现象。
[0005]为了避免采用复杂的结构，公开号为CN104034515B的中国专利文献(文献2)公开了一种基于散射光探测高功率光纤激光器中模式不稳定现象在线监测方法，其采用全光纤结构的阶跃折射率分布光纤的光纤激光器进行模式不稳定效应的测量，主要是通过光电探测器直接测量功率计靶面的散射光来观察模式不稳定，其结构较文献1简单，无需插入其他的额外元件，且对外界环境的振动相对不敏感，无论是结构还是系统稳定性方面均较文献1有所提升，但是仍然存在高功率下测量的安全性问题，同时测量散射光时仍然需要多次调整光电探测器的位置才能准确捕捉到散射光信号，这样也增加了整个测量系统的操作复杂
性。此外，系统仍然需要对信号进行频谱分析，以判断是否出现快速波动，才能确定是否出现模式不稳定现象。
[0006]类似的，公开号为CN107968310A的中国专利文献公开了一种基于后向回光的光纤激光器中模式不稳定观察装置及方法，装置包括：光纤激光器，包括半导体激光器、光纤合束器、高反射率光栅、有源掺镱光纤、低反射率耦合输出光栅、包层功率剥离器、光纤端帽，光纤合束器的信号臂输入光纤末端端面切割形成斜面，信号处理机构，其包括光电探测器及示波器，方法包括获取回射光信号，将回射光信号依次转换为电信号，通过判断电信号是否为直流电平信号，若是直流电平信号，则该光纤激光器未发生模式不稳定，否则发生模式不稳定。该系统相比文献2而言，仅需测量低功率的回光时序特性即可判断模式不稳定是否出现，安全性有明显改善，但是仍然需要对信号进行频谱分析，以此判断是否出现快速波动。
[0007]上述文献的共同点可以概括为：(1)需要对输出激光进行采样，通过光电探测器将光信号转换为电信号，空间耦合调试难度大，易受外界干扰；(2)需要对信号进行复杂的频谱分析，以判断是否出现快速震荡。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，特别是针对现有技术操作复杂、安全性低和信号处理复杂的技术问题，提供一种简单快速、无需对数据进行复杂计算、安全性好的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置和方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
[0010]一种基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的方法，所述方法包括增加光纤振荡器的泵浦功率，所述光纤振荡器为单模光纤振荡器，所述光纤振荡器中设有高反射率光纤光栅，同时记录所述光纤振荡器的输出激光功率和高反光栅泄漏光功率，当所述高反光栅泄漏光功率随所述泵浦功率的增加而下降时，则判断所述光纤振荡器出现了模式不稳定现象，所述高反光栅泄漏光功率由上升至下降的拐点处对应的输出激光功率即为所述光纤振荡器的模式不稳定阈值。
[0011]作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，包括用于记录光纤振荡器的高反光栅泄漏光功率的第一激光功率计、光纤振荡器和用于记录光纤振荡器的输出激光功率的第二激光功率计，所述光纤振荡器为单模光纤振荡器，所述光纤振荡器中设有高反射率光纤光栅。
[0012]上述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，优选的，所述光纤振荡器为前向泵浦光纤振荡器、后向泵浦光纤振荡器或双向泵浦光纤振荡器。
[0013]上述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，优选的，所述前向泵浦光纤振荡器包括前向半导体激光器和依次熔接的回光输出光纤、前向包层功率剥除器、前向光纤泵浦信号合束器、高反射率光纤光栅、掺镱有源光纤、低反射率光纤光栅、后向包层功率剥除器和QBH输出光纤，所述前向半导体激光器的输出光纤与所述前向光纤泵浦信号合束器的泵浦光纤熔接。
[0014]上述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，优选的，所述回光输出光纤、所述前向包层功率剥除器的输入光纤和输出光纤、所述前向光纤泵
浦信号合束器的信号光纤和输出光纤、所述高反射率光纤光栅、所述掺镱有源光纤、所述低反射率光纤光栅、所述后向光纤泵浦信号合束器的信号光纤和输出光纤、所述后向包层功率剥除器的输入光纤和输出光纤和所述QBH输出光纤均为双包层光纤，各双包层光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层直径、内包层数值孔径对应相等，各双包层光纤中，所述纤芯直径在10μm～30μm之间，所述纤芯数值孔径在0.06～0.075之间，所述内包层直径在125μm～400μm之间，所述内包层数值孔径在0.44～0.46之间；
[0015]所述前向半导体激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的方法，其特征在于，所述方法包括增加光纤振荡器(2)的泵浦功率，所述光纤振荡器(2)为单模光纤振荡器，所述光纤振荡器(2)中设有高反射率光纤光栅(26)，同时记录所述光纤振荡器(2)的输出激光功率和高反光栅泄漏光功率，当所述高反光栅泄漏光功率随所述泵浦功率的增加而下降时，则判断所述光纤振荡器(2)出现了模式不稳定现象，所述高反光栅泄漏光功率由上升至下降的拐点处对应的输出激光功率即为所述光纤振荡器(2)的模式不稳定阈值。2.一种基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，其特征在于，包括用于记录光纤振荡器(2)的高反光栅泄漏光功率的第一激光功率计(1)、光纤振荡器(2)和用于记录光纤振荡器(2)的输出激光功率的第二激光功率计(3)，所述光纤振荡器(2)为单模光纤振荡器，所述光纤振荡器(2)中设有高反射率光纤光栅(26)。3.根据权利要求2所述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，其特征在于，所述光纤振荡器(2)为前向泵浦光纤振荡器、后向泵浦光纤振荡器或双向泵浦光纤振荡器。4.根据权利要求3所述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，其特征在于，所述前向泵浦光纤振荡器包括前向半导体激光器(24)和依次熔接的回光输出光纤(21)、前向包层功率剥除器(23)、前向光纤泵浦信号合束器(25)、高反射率光纤光栅(26)、掺镱有源光纤(27)、低反射率光纤光栅(28)、后向包层功率剥除器(29)和QBH输出光纤(22)，所述前向半导体激光器(24)的输出光纤与所述前向光纤泵浦信号合束器(25)的泵浦光纤熔接。5.根据权利要求4所述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，其特征在于，所述回光输出光纤(21)、所述前向包层功率剥除器(23)的输入光纤和输出光纤、所述前向光纤泵浦信号合束器(25)的信号光纤和输出光纤、所述高反射率光纤光栅(26)、所述掺镱有源光纤(27)、所述低反射率光纤光栅(28)、所述后向光纤泵浦信号合束器的信号光纤和输出光纤、所述后向包层功率剥除器(29)的输入光纤和输出光纤和所述QBH输出光纤均为双包层光纤，各双包层光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径、内包层直径、内包层数值孔径对应相等，各双包层光纤中，所述纤芯直径在10μm～30μm之间，所述纤芯数值孔径在0.06～0.075之间，所述内包层直径在125μm～400μm之间，所述内包层数值孔径在0.44～0.46之间；所述前向半导体激光器(24)的输出光纤和所述前向光纤泵浦信号合束器(25)的泵浦光纤均为单包层光纤，各单包层光纤的纤芯直径、纤芯数值孔径对应相等，各单包层光纤中，所述纤芯直径在100μm～220μm之间，所述纤芯数值孔径在0.18～0.22之间。6.根据权利要求3所述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不稳定阈值的装置，其特征在于，所述后向泵浦光纤振荡器包括后向半导体激光器和依次熔接的回光输出光纤(21)、前向包层功率剥除器(23)、高反射率光纤光栅(26)、掺镱有源光纤(27)、低反射率光纤光栅(28)、后向光纤泵浦信号合束器、后向包层功率剥除器(29)和QBH输出光纤(22)，所述后向半导体激光器的输出光纤与所述后向光纤泵浦信号合束器的泵浦光纤熔接。7.根据权利要求6所述的基于高反光栅泄漏光测量单模光纤振荡器模式不...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少锋，
申请(专利权)人：长沙大科激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：