测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的方法技术

本申请涉及一种测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：将待测光纤和OFDR测量装置的探测臂进行熔接并同置于恒温箱中，通过恒温箱设置不同的温度，每次达到热平衡后测量环境温度，并通过OFDR测量装置测量对应环境温度下待测光纤内部向后瑞利散射的频移量；根据环境温度和对应的频移量的数据点进行线性拟合，得到待测光纤的绝对温度转换公式和纤芯温度系数；测量室温下待测光纤出光前不同位置的初始频移量；当待测光纤出光后，测量待测光纤不同位置的多点频移量；根据初始频移量、多点频移量和纤芯温度系数，得到纤芯温度特性分布。布。布。

【技术实现步骤摘要】
测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的方法


[0001]本申请涉及光学测量领域，特别是涉及一种测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的方法、装置、计算机设备和存储介质。

技术介绍

[0002]纤芯温度是影响大功率光纤激光器功率提升关键因素，在光纤激光器数十年的发展历史中，研究人员采用了许多种温度测量方法来监测光纤激光器的运行状况，同时支撑对内部热效应的研究。在光纤激光领域，传统的测量方法通常采用温度计、热电偶或热电阻，以及红外热像仪等测量温度。其中传统温度计通过和待测光纤之间的接触式热传导，使得温度计内的物体受热膨胀，从而实现温度的测量。然而随着光纤激光功率的不断提升，传统温度测量的方法已经不再满足光纤激光的研究需求，于是研究人员将光纤传感领域中的分布式传感技术应用到大功率光纤激光领域纤芯温度测量中，极大地提高测温效率。
[0003]目前已有多种分布式传感技术应用于光纤激光器纤芯温度测量，例如基于后向瑞利散射的光时域反射技术(OTDR,Optical Time Domain Reflectometry)以及光频域反射技术(OFDR,Optical Frequency Domain Reflectometry)，基于拉曼散射现象的分布式光纤传感技术主要有拉曼光时域反射技术(ROTDR,Raman Optical Time Domain Reflectometry)以及拉曼光频域反射技术(ROFDR,Raman Optical Frequency Domain Reflectometry)；基于布里渊散射的分布式光纤传感技术主要有布里渊光时域反射技术(BOTDR,Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)、布里渊光时域分析技术(BOTDA,Brillouin Optical Time Domain Analysis)、布里渊光频域分析技术(BOFDA,Brillouin Optical Frequency Domain Analysis)以及布里渊相干域分析技术(BOCDA,Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)。大功率光纤激光纤芯温度测量系统应具备测量灵活方便、空间分辨率至少达厘米量级、测量范围可达几十米、测量时间较短、温度分辨率较高的特点，而OTDR、ROTDR、ROFDR、BOFDA和BOCDA都难以同时满足上述需求，光频域反射技术(OFDR,Optical Frequency Domain Reflectometry)在分辨率、操作便易性、测量时间等各项指标都符合测量要求，是比较适宜光纤激光纤芯温度测量的方法。
[0004]由于光纤传感领域的测量媒介、测量对象、工作环境的与光纤激光领域不同，在使用OFDR技术测量大功率光纤激光纤芯温度时还需要解决很多技术难点：一、在光纤激光纤芯温度测量的过程中，光纤应力的变化会影响到系统对纤芯温度的测量；二、不同被测光纤的温度系数不同，无法直接获得具体光纤的绝对温度；三、大功率光纤激光纤芯温度测量系统的信噪比很低。基于此，有必要建立一种系统可靠的OFDR光纤激光纤芯温度测量方法。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现纤芯温度的高分辨率灵活便捷测量的测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的方法和系统。
[0006]一种测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的方法，所述方法包括：
[0007]搭建光纤激光纤芯温度测量平台；所述光纤激光纤芯温度测量平台包括待测光纤、OFDR测量装置和波分复用器；
[0008]将所述待测光纤和所述OFDR测量装置的探测臂进行熔接并同置于恒温箱中，通过所述恒温箱设置不同的温度，每次达到热平衡后测量环境温度，并通过所述OFDR测量装置测量对应环境温度下所述待测光纤内部向后瑞利散射的频移量；
[0009]根据所述环境温度和对应的所述频移量的数据点进行线性拟合，得到所述待测光纤的纤芯温度系数，根据所述纤芯温度系数得到绝对温度转换公式；
[0010]将所述OFDR测量装置的探测臂与所述波分复用器的端口臂熔接，通过所述波分复用器的输出臂进入所述待测光纤，测量室温下所述待测光纤出光前不同位置的初始频移量；
[0011]当所述待测光纤出光后，测量所述待测光纤不同位置的多点频移量；
[0012]根据所述初始频移量、所述多点频移量和所述绝对温度转换公式，得到纤芯温度特性分布。
[0013]在其中一个实施例中，还包括：将所述待测光纤和所述OFDR测量装置的探测臂进行熔接并同置于恒温箱中，在恒温箱中的光纤周围固定好热电偶，通过所述热电偶测量所述恒温箱中的绝对温度。
[0014]在其中一个实施例中，还包括：通过所述OFDR测量装置采集测量信号，若采集测量信号的信噪比小于5dB，对所述光纤激光纤芯温度测量平台进行优化，直到采集测量信号的信噪比大于等于5dB。
[0015]在其中一个实施例中，还包括：使用模场适配器连接所述探测臂和所述待测光纤，以降低熔接点处损耗；
[0016]调整所述待测光纤中的增益光纤盘绕半径r，使r大于7cm，逐步增大盘绕半径，直至信噪比达到最优值；
[0017]优化所述待测光纤末端切割角度，角度范围2
°
到15
°
之间，选择信噪比最高的角度值。
[0018]在其中一个实施例中，还包括：根据所述环境温度和对应的所述频移量的数据点进行线性拟合，得到所述待测光纤的纤芯温度系数；其中线性拟合的公式为：
[0019][0020]其中，ν表示预先获取的室温下的参考偏移量；Δν
i
表示不同环境温度下对应的偏移量；K
T
表示所述纤芯温度系数；ΔT
i
表示所述环境温度相对于室温的变化量；K
ε
Δε为常数项；
[0021]根据所述纤芯温度系数得到绝对温度转换公式。
[0022]在其中一个实施例中，还包括：将所述多点频移量中每个频移量减去所述初始频移量，得到校正频移量；
[0023]根据所述校正频移量和所述纤芯温度系数，得到对应点的绝对温度；
[0024]根据多个位置点的绝对温度，得到所述待测光纤出光时的温度特性分布。
[0025]在其中一个实施例中，还包括：多次测量室温下所述待测光纤出光前不同位置的频移量，取多次测量的平均值，得到所述待测光纤出光前不同位置的初始频移量。
[0026]一种测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的系统，所述系统包括：
[0027]待测光纤、OFDR测量装置和波分复用器；
[0028]在标定光纤温度系数时，所述待测光纤和所述OFDR测量装置的探测臂进行熔接并同置于恒温箱中，通过恒温箱设置不同的温度，每次达到热平衡后测量环境温度，并通过所述OFDR测量装置测量对应环境温度下所述待测光纤内部向后瑞利散射的频移量；根据所述环境温度和对应的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量大功率光纤激光器全链路纤芯温度分布的方法，其特征在于，所述方法包括：搭建光纤激光纤芯温度测量平台；所述光纤激光纤芯温度测量平台包括待测光纤、OFDR测量装置和波分复用器；将所述待测光纤和所述OFDR测量装置的探测臂进行熔接并同置于恒温箱中，通过所述恒温箱设置不同的温度，每次达到热平衡后测量环境温度，并通过所述OFDR测量装置测量对应环境温度下所述待测光纤内部向后瑞利散射的频移量；根据所述环境温度和对应的所述频移量的数据点进行线性拟合，得到所述待测光纤的纤芯温度系数，根据所述纤芯温度系数得到绝对温度转换公式；将所述OFDR测量装置的探测臂与所述波分复用器的端口臂熔接，通过所述波分复用器的输出臂进入所述待测光纤，测量室温下所述待测光纤出光前不同位置的初始频移量；当所述待测光纤出光后，测量所述待测光纤不同位置的多点频移量；根据所述初始频移量、所述多点频移量和所述绝对温度转换公式，得到纤芯温度特性分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述待测光纤和所述OFDR测量装置的探测臂进行熔接并同置于恒温箱中，包括：将所述待测光纤和所述OFDR测量装置的探测臂进行熔接并同置于恒温箱中，在恒温箱中的光纤周围固定好热电偶，通过所述热电偶测量所述恒温箱中的绝对温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在通过恒温箱设置不同的温度，每次达到热平衡后测量环境温度，并通过所述OFDR测量装置测量对应环境温度下所述待测光纤内部向后瑞利散射的频移量之前还包括：通过所述OFDR测量装置采集测量信号，若采集测量信号的信噪比小于5dB，对所述光纤激光纤芯温度测量平台进行优化，直到采集测量信号的信噪比大于等于5dB。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述光纤激光纤芯温度测量平台进行优化，包括：使用模场适配器连接所述探测臂和所述待测光纤，以降低熔接点处损耗；调整所述待测光纤中的增益光纤盘绕半径r，使r大于7cm，逐步增大盘绕半径，直至信噪比达到最优值；优化所述待测光纤末端切割角度，角度范围2
°
到15
°
之间，选择信噪比最高的角度值。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述环境温度和对应的所述频移量的数据点进行线性拟合，得到所述待测光纤的纤芯温度系数，根据所述纤芯温度系数得到绝对温度转换公式，包括：根据所述环境温度和对应的所述频移量的数据点进行线性拟合，得到所述待测光纤的纤芯温度系数；其中线性拟合的公式为：其中，ν表示预先获取的室温下的参考偏移量；Δν
i
表示不同环境温度下对应的偏移量；K
T
表示所述纤芯温度系数；ΔT
i
表示所述环境温度相对于室温的变化量；K
ε
Δε为常数项...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩凯，娄兆凯，崔文达，许晓军，马鹏飞，奚小明，史尘，
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：