一种高速实时的光纤激光模式检测方法及其检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速实时的光纤激光模式检测方法及其实现装置，该方法利用硬件的方式解算模式信息。主要流程如下：(1)利用相关检测算法设计全息光栅滤波器，加载到空间光调制器上；(2)使用ASE非相干光源校准和标定光纤激光模式检测装置；(3)将光源更换为待测光纤激光器与待测光纤连接，接入到光纤激光模式检测装置中；(4)由FPGA驱动探测器实时采集由全息光栅滤波器衍射后的各个模式光束，并且高速解算模式含量和模式相位信息；(5)计算机保存相关数据信息。关数据信息。关数据信息。

【技术实现步骤摘要】
一种高速实时的光纤激光模式检测方法及其检测装置


[0001]本专利技术涉及光纤激光器模式测量领域，具体涉及一种高速实时的 光纤激光模式检测方法及其检测装置。

技术介绍

[0002]高功率光纤激光具有光束质量好、效率高、结构紧凑、热管理方 便、柔软性操作等突出优点，广泛应用于工业加工、国防、科研等领 域，是目前激光
中最为活跃的研究方向之一。近年来，随着 高亮度半导体激光抽运技术的飞速发展以及双包层光纤技术的不断 成熟，光纤激光器的输出功率呈现出指数增长的趋势。增大纤芯直径 能够提高非线性效应和光纤端面的损伤阈值，是提升光纤激光输出功 率的主流途径。但增大纤芯直径将导致纤芯中传输的本征模式数量增 加，产生的高阶模引起光束质量退化反而会降低激光亮度，降低了其 实用价值。虽然能够通过盘绕、插入光锥等方式对高阶模进行滤除， 但随着纤芯直径的进一步增加，基模与高阶模的损耗差异减小，输出 光束中的模式数量不可避免地增多。在高功率强抽运条件下，受热光 效应调制加剧了横模之间的耦合，从而引起了模式不稳定效应，即输 出功率达到某个阈值后，光纤激光的输出模式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速实时的光纤激光模式检测方法，其特征在于，针对不同波长光纤激光器，不同少模光纤输出激光实现10kHz速度的高速模式分析检测，快速获取模式成分和模间相位信息，具体包括以下步骤：步骤1：基于FPGA硬件平台搭建光纤激光模式检测装置，并设计全息光栅滤波器，且加载到空间光调制器上，转入步骤2；步骤2：使用ASE非相干光源校准和标定光纤激光模式检测装置，进而调节光纤激光模式检测装置各个光学元件的相对位置，转入步骤3；步骤3：将光源更换为待测光纤激光器与待测光纤连接，接入到光纤激光模式检测装置中，转入步骤4；步骤4：待测光束经全息光栅滤波器衍射，由FPGA驱动探测器实时采集衍射后的各个模式光束，并高速解算模式含量和模式相位信息，转入步骤5；步骤5：由计算机保存相关数据信息。2.根据权利要求1所述的一种高速实时的光纤激光模式检测方法，其特征在于，在上述步骤1中，所述全息光栅滤波器设计过程为：根据待测光纤激光器的波长，以及待测光纤的纤芯直径和数值孔径信息，计算归一化截止频率V值，从而判断待测光纤输出光束所支持传输的模式数量，根据模式数量在远场相机的靶面上设计各个模式光斑的对应检测位置；将远场相机靶面的光斑检测位置处各个模式光斑质心位置坐标转换为载波频率叠加在LP
01
模的本征模共轭相位因子上，并编码为计算全息图加载到空间光调制器上形成LP
01
全息光栅光学滤波器；然后依次取各个模式本征模复振幅的共轭叠加各自载波频率相位因子，形成LP
mn
全息光栅光学滤波器(m≥0,n≥1)；具体如下(1)计算待测光纤中所支持模式的本征模ψ
k
,k＝1...n；(2)计算各个模式本征模的复共轭(3)将透过率函数与远场相机靶面的光斑检测位置处各个模式光斑质心位置所对应的载波频率K
n,x
,K
n,y
相乘，得到标定所需要使用的角分复用的总透过率函数ξ,η表示近场坐标；(4)将全息光栅滤波器编码后加载到空间光调制器上，得到LP
01
全息光栅滤波器；(5)以LP
01
模的相位零点为参考相位，设计用于测量高阶模相位的透过率函数和(6)将上述各个光斑的透过率函数与远场各个模式光斑质心位置所对应的载波频率K
n,x
,K
n,y
,相乘，得到角分复用的总透过率函数：(7)将总透过率函数编码进计算全息图，加载到空间光调制器上，形成包含各个模式透过率函数的全息光栅滤波器，即LP
mn
全息光栅光学滤波器。3.根据权利要求2所述的一种高速实时的光纤激光模式检测方法，其特征在于，在上述
步骤2中，校准和标定过程为：首先，将ASE非相干光源与待测光纤(2)连接，接入到光纤激光模式检测系统中，开启光源(1)，输出光斑经过4f光学放大系统放大，再经由偏振分光系统将光分为两束，其中一束射入近场相机(7)中，通过近场相机(7)观测光斑大小、形态和位置，进而对光路进行校准，确保待测光纤(2)出光端口位于4f光学放大系统中显微物镜的焦点处；另外一束经过偏振分光系统射入空间光调制器(8)中，当待测光源照射LP
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全息光栅滤波器时，只有LP
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模光束可以被衍射，衍射后的各个LP
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模光束经过第二透镜的傅里叶变换照射在处于第二透镜后焦面处的远场相机上，远场相机(11)靶面上各个光斑均呈现LP
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模的形态；通过调整光路并观察远场相机(11)上光束的光强分布，使远场+1级各个LP
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衍射光斑的形态均匀，清晰，且光强没有饱和；然后标定远场光斑的质心位置，获取各个质心位置在远场相机(11)中对应的像素点作为远场相机(11)光斑检测位置，保存远场相机标定数据；通过移动光电探测器阵列(13)前的小孔阵列，使衍射光束射入小孔阵列内，调整FPGA硬件平台中各A/D高速采集通道的放大增益，使各探测单元可以检测到光强信号并输出相同的功率值，完成光电探测器阵列(13)及其FPGA硬件平台(14)的标定。4.根据权利要求2所述的一种高速实时的光纤激光模式检测方法，其特征在于，在上述步骤4中，具体过程如下：(1)待测光纤激光器输出光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文广，柴俊宇，解昆，周琼，闫宝珠，张文静，陈金宝，陆瑶，赵国民，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
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