一种在线式光纤光场测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及光纤及激光技术领域，具体公开了一种在线式光纤光场测量系统及方法，线式光纤光场测量系统通过在光纤包层上制作光学纳米粒子阵列，利用光学纳米粒子的微结构和光敏性，直接探测得到纤芯光场分布，实现了光纤光场的在线测量，相比于传统的通过激光输出光场分布来间接判断光纤中的场分布的方式，本发明专利技术可以更加快速和准确获取光纤光场，对光纤激光器进一步的功率提升有重要的应用价值。器进一步的功率提升有重要的应用价值。器进一步的功率提升有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种在线式光纤光场测量系统及方法


[0001]本专利技术属于光纤及激光
，尤其涉及一种在线式光纤光场测量系统及方法。

技术介绍

[0002]随着光纤激光器功率的提升，受激拉曼散射、受激布里渊散射、热损伤等效应逐渐显著，大模场面积光纤经常被认为是解决非线性效应和光功率损伤的有效手段。然而随着模场面积的增大，光纤中的模式相应增加，模式不稳定现象降低了激光器中的光束质量，因此，同时具有大模场面积和单模传输特性的光纤是提升高功率激光器输出功率的有效途径。实现高光束质量激光输出的大模场面积光纤可以采用模式选择控制和光纤结构设计的方式实现。
[0003]在高功率高光束质量光纤放大器结构中，常用到突变光波导的结构，例如光纤纤芯直径或者数值孔径不同的两种光纤直接熔接。激光的本征模式经过突变波导后，其模场分布和光纤中的能量分布会发生显著的变化，且无法通过仿真分析进行准确计算。对光纤中的模场和光强分布进行快速和准确的测量，可以有效的指导光纤中的模场控制和输出特性测试，而目前还没有较好的方法对光纤中的模场和光场分布进行在线测量。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提供一种在线式光纤光场测量系统及方法，利用设置于光纤包层外的光学纳米粒子对包层泄露光进行采集实现光纤光场的在线测量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0006]一种在线式光纤光场测量系统，包括布置于光纤包层外的光学纳米粒子阵列以及键合到光学纳米粒子附近的纳米粒子探测器阵列。
[0007]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述光学纳米粒子通过电子束光刻工艺等间距的制作在波导表面。
[0008]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述光学纳米粒子可以为垂直于波导的金属线，也可以为其他与包层折射率不同的光学材料。
[0009]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述的光学纳米粒子阵列可以为仅沿轴向的一个阵列，也可以为周期性排列的多个阵列。
[0010]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，每个光学纳米粒子与纳米粒子探测器阵列中的像素点是一一对应的。
[0011]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述的纳米粒子探测器阵列可以为仅沿轴向的一个阵列，也可以为周期性排列的多个阵列。
[0012]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述光纤可以为单包层光纤，也可以为双包层光纤。
[0013]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，当光纤为双包层光纤时，布置于光纤
的包层外的光学纳米粒子阵列为布置于光纤的内包层外的光学纳米粒子阵列。
[0014]为实现上述目的，本专利技术实施例还提供如下技术方案：
[0015]一种在线式光纤光场测量方法，包括如下步骤：
[0016]S1.将激光注入光纤纤芯，利用光学纳米粒子阵列对包层泄露光进行采集；
[0017]S2.利用纳米粒子探测器阵列探测光学纳米粒子阵列采集的光的强度；
[0018]S3.再经数据处理得到光纤的光场分布。
[0019]作为本专利技术实施例技术方案进一步的限定，所述光纤的光场分布包括光纤轴向和/或径向的光场分布。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术实施例通过提供一种在线式光纤光场测量系统及方法，通过在光纤包层上制作光学纳米粒子阵列，利用光学纳米粒子的微结构和光敏性，直接探测得到纤芯光场分布，实现了光纤光场的在线测量，相比于传统的通过激光输出光场分布来间接判断光纤中的场分布的方式，本专利技术可以更加快速和准确获取光纤光场，对光纤激光器进一步的功率提升有重要的应用价值。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。
[0023]图1为本专利技术实施例中测量系统的轴向结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例中测量系统的径向结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例中光纤中光场分布示意图；
[0026]图4为本专利技术实施例中光纤包层泄漏光强分布示意图；
[0027]图5为本专利技术实施例测量方法流程示意图。
[0028]其中，1
‑
光纤纤芯、2
‑
光纤包层、3
‑
光学纳米粒子、4
‑
纳米粒子探测器阵列。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]为解决上述问题，本专利技术提供一种在线式光纤光场测量系统及方法，利用设置于光纤包层外的光学纳米粒子对包层泄露光进行采集实现光纤光场的在线测量。
[0031]具体的，如图1
‑
2所示，一种在线式光纤光场测量系统，包括布置于光纤包层2外的光学纳米粒子阵列以及键合到光学纳米粒子3附近的纳米粒子探测器阵列4，具体地说就是通过一定的作用力，使得与光学纳米粒子3尺寸和间隔相匹配的纳米粒子探测器阵列4有微小间距的结合在一起；传能光纤可以传输高能量的激光，光学纳米粒子3具有结构小和对光敏感的特质，激光在光纤纤芯1中传输时，对应的光场分布如图3所示，会有倏逝波从光纤包层2泄露出去，泄露的光强分布示意图如图4所示，极窄的纳米结构会引起波导折射率跃迁，使得倏逝波能够沿垂直于界面方向传播，纤芯中光场越强，泄露到包层外的光越强，相应部
位的光学纳米粒子耦合出来的倏逝波越强，光学纳米粒子3得到光沿轴向和/或径向的光强度分布，纳米粒子探测器阵列4具有探测每个光学纳米粒子的散射光强度的功能，经过数据处理，可以得到光纤轴向和/或径向的光场分布。
[0032]优选的，所述光学纳米粒子3通过电子束光刻工艺等间距的制作在波导表面。进一步优选的，所述光学纳米粒子3通过电子束诱导表面沉淀工艺等间距的制作在波导表面，电子束诱导表面沉淀工艺利用电子束曝光工艺直接在波导表面产生纳米微结构。
[0033]优选的，所述光学纳米粒子3可以为垂直于波导的金属线，也可以为其他与包层折射率不同的光学材料，具体选用材料取决于光纤包层的折射率，一般采用金属光学纳米粒子。
[0034]优选的，所述的光学纳米粒子阵列可以为仅沿轴向的一个阵列，也可以为周期性排列的多个阵列。所述光学纳米粒子3的数量和间隔是可以根据测量要求和精度进行设计的，例如，在一根10cm的光纤上，植入100个光学纳米粒子3测得数据与植入1000个光学纳米粒子3测得数据精度差会在10倍。进一步优选的，每个光学纳米粒子3与纳米粒子探测器阵列4中的像素点是一一对应的，每个纳米粒子探测器像素点只检测一个光学纳米粒子3的光强度，在进行综合数据处理时可以把异常数据进行去除。更进一步优选的，所述的纳米粒子探测器阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线式光纤光场测量系统，其特征在于，包括布置于光纤包层外的光学纳米粒子阵列以及键合到光学纳米粒子附近的纳米粒子探测器阵列。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光学纳米粒子通过电子束光刻工艺等间距的制作在波导表面。3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述光学纳米粒子为垂直于波导的金属线或其他与包层折射率不同的光学材料。4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述的光学纳米粒子阵列为仅沿轴向的一个阵列或周期性排列的多个阵列。5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，每个光学纳米粒子与纳米粒子探测器阵列中的像素点是一一对应的。6.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述的纳米粒子探测器阵列为仅沿轴向的一个阵列或...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷敏，张杨杰，廖明龙，梁慧生，刘厚康，武春风，李强，姜永亮，杨雨，方思远，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：