本發(fā)明涉及光纖激光器監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

高功率光纖激光器的工作狀態(tài)的安全監(jiān)測(cè)主要有兩種方法，一種是通過功率計(jì)監(jiān)測(cè)功率異常，一種是通過熱像儀觀察光纖及其器件的表面溫度?；蛘邇煞N方法結(jié)合起來觀察，以判斷光纖激光器的工作狀態(tài)是否存在異常。但是在很多情況下，有源光纖是埋在水冷槽中，并且周圍是涂滿導(dǎo)熱硅脂的，此外，光纖器件如光柵，合束器，或者cps等都具有封裝結(jié)構(gòu)，這些因素導(dǎo)致其內(nèi)部溫度難以觀察，而表面溫度無法提前預(yù)知異常，這個(gè)時(shí)候熱像儀就顯得無能為力了。除了少數(shù)情況下激光器的異?？梢酝ㄟ^功率異常來反映外，大多數(shù)情況下激光器都是突然崩潰的，功率上是不會(huì)有征兆的，并且功率計(jì)無法精細(xì)地反映出功率輕微波動(dòng)。因此單純地通過功率計(jì)和者熱像儀是難以全面地監(jiān)測(cè)激光器的工作狀態(tài)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法及裝置。

一種高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法，其包括如下步驟：

s1、搭建監(jiān)測(cè)通道，用于監(jiān)測(cè)輸出端和正向合束器回光端；

s2、搭建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括紅光指示部分、光譜監(jiān)測(cè)部分、波形監(jiān)測(cè)部分、熱像儀監(jiān)測(cè)部分、功率計(jì)監(jiān)測(cè)部分；

s3、建立監(jiān)測(cè)指標(biāo)，用于建立光纖激光器正常運(yùn)行下的指標(biāo)，包括靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法中，還包括如下步驟：

s4、通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫指標(biāo)和觀察監(jiān)測(cè)指標(biāo)的狀態(tài)和數(shù)值來提前判斷光纖激光器是否異常。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法中，

所述步驟s1包括：在輸出端先加一個(gè)45度高反鏡，在高反鏡透射一端放置n根兩端切割平角的無芯光纖，組成n條監(jiān)測(cè)通道，然后通過改變無芯光纖和信號(hào)接收光纖的角度來調(diào)整接收信號(hào)的強(qiáng)弱，即為輸出端的監(jiān)測(cè)通道。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法中，

所述步驟s2中搭建紅光指示部分包括：

在回光端較遠(yuǎn)處放置一塊平面鏡，與回光端成45度角，將氦氖激光器的激光通過45度反射鏡反射進(jìn)入回光端光纖；在輸出端已經(jīng)搭好的監(jiān)測(cè)通道中選擇一路，接上可以監(jiān)測(cè)可見光的光譜儀，完成搭建紅光指示部分。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法中，

所述步驟s2中搭建光譜監(jiān)測(cè)部分包括：

在搭建好的監(jiān)測(cè)通道中再選擇一路，接上高精度光譜儀作為第一路輸入信號(hào)，然后再用一路信號(hào)接收光纖對(duì)著45度反射鏡30度或者60度方向，然后再接上光譜儀作為第二路輸入信號(hào)。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法中，

所述步驟s2中搭建波形監(jiān)測(cè)部分包括：

在搭建好的監(jiān)測(cè)通道中再選擇一路，成角度打入到光電探頭信號(hào)接收光纖中，然后光電探頭輸出的信號(hào)接入到示波器中，做為第一路輸入信號(hào)，然后再用一路信號(hào)接收光纖對(duì)著45度反射鏡60度或者30度方向，然后接入到示波器作為第二路輸入信號(hào)。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法中，

所述步驟s4中通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫指標(biāo)和觀察監(jiān)測(cè)指標(biāo)的狀態(tài)和數(shù)值來提前判斷光纖激光器是否異常包括：

在光纖激光器異常時(shí)進(jìn)行提示并關(guān)機(jī)。

本發(fā)明還提供一種高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)裝置，

其包括輸出光纖、高反鏡、功率計(jì)、兩路無芯光纖、光纖激光器、反射鏡、信號(hào)接收光纖、氦氖激光器、示波器、熱像儀、光譜儀；

反射鏡設(shè)置在光纖激光器離其回光端預(yù)設(shè)距離處；氦氖激光器發(fā)射紅光經(jīng)過準(zhǔn)直后經(jīng)過反射鏡進(jìn)入到光纖激光器回光端，然后通過光纖激光器到達(dá)輸出光纖處輸出，經(jīng)過高反鏡進(jìn)入到無芯光纖；將一路無芯光纖作為監(jiān)測(cè)紅光的監(jiān)測(cè)通道；將信號(hào)接收光纖中紅光信號(hào)接收光纖接入到光譜儀中；

將信號(hào)接收光纖與氦氖激光器發(fā)射光線配置成一定角度，調(diào)整其角度使得接收到的信號(hào)光達(dá)到預(yù)設(shè)強(qiáng)度；

將作為回光端監(jiān)測(cè)波形的信號(hào)接收光纖以及激光輸出的波形監(jiān)測(cè)的信號(hào)接收光纖接入示波器中；

熱像儀用于觀測(cè)光纖激光器表面的溫度是否異常；功率計(jì)用于觀測(cè)光纖激光器的功率是否發(fā)生異常。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)裝置中，

高反鏡的高反值為99.5％-99.95％。

在本發(fā)明所述的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)裝置中，

所述無芯光纖為250-400微米的無芯光纖。

實(shí)施本發(fā)明提供的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法及裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：通過監(jiān)測(cè)輸出端和回光端的光譜和波形和紅光損耗情況反映出光纖激光器的內(nèi)部信息，再配合功率計(jì)和熱像儀等傳統(tǒng)手段更加全面的監(jiān)測(cè)光纖激光器的工作狀態(tài)。具有安全，實(shí)施簡單等優(yōu)點(diǎn)。首先通過光譜情況可以反映出殘余泵浦光或激光功率，光柵工作狀態(tài)，ld波長漂移，激光光譜展開以及吸收過程和波長鎖定過程等等，示波器可以反映出功率輕微抖動(dòng)或波動(dòng)以及總功率大小等，紅光指示則可以一定程度反映出光纖纖芯損耗情況或涂覆的高溫變性情況，以及光暗化等過程。再配合熱像儀關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，和功率計(jì)的示數(shù)可以更加全面可靠的監(jiān)測(cè)光纖激光器工作狀態(tài)，更加科學(xué)合理的判斷激光器是否存在異常。較好的解決了熱像儀無法觀察器件內(nèi)部情況和功率計(jì)無法提前預(yù)知異常狀況及反應(yīng)緩慢等缺點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的搭建監(jiān)測(cè)通道的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的搭建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明實(shí)施例的高功率光纖激光器安全監(jiān)測(cè)方法實(shí)施方式為：

首先搭建輸出端的監(jiān)測(cè)通道，如圖1所示，1為輸出光纖，2為對(duì)激光高反(反射率99.5％-99.95％)的高反鏡，3為功率計(jì)，輸出激光從1輸出，絕大部分經(jīng)過高反鏡進(jìn)入功率計(jì)，只有極少部分光經(jīng)過2透射進(jìn)入到無芯光纖4和5(即監(jiān)測(cè)通道)中。無芯光纖4和5需要靠的盡量近以接收足夠多的信號(hào)光。

接著就是搭建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。首先就是搭建紅光指示部分，如圖2所示，6為光纖激光器或者放大器，7為光纖激光器6的泵浦輸入，8為激光器的回光端，10為反射鏡，12為氦氖激光器，首先在回光端8較遠(yuǎn)處(距離一定要足夠大)放一個(gè)較小的45度反射鏡10,氦氖激光器(內(nèi)部自帶準(zhǔn)直)12發(fā)射紅光經(jīng)過反射鏡10進(jìn)入到光纖激光器6的回光端，然后通過光纖激光器6到達(dá)1處輸出，經(jīng)過2(僅對(duì)激光高反)進(jìn)入到無芯光纖4或5即監(jiān)測(cè)通道中。然后選其中一根無芯光纖4作為監(jiān)測(cè)紅光的監(jiān)測(cè)通道，11,13,16,17為信號(hào)接收光纖，16為紅光信號(hào)接收光纖，16接入到光譜儀14中，9為光線。在光譜儀14中觀察紅光光譜。接著就是搭建光譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖2所示，11為回光信號(hào)接收光纖，8為回光端。11信號(hào)光纖與氦氖激光器發(fā)射光線按如圖2所示方式成一定角度，調(diào)整其角度使得接收到的信號(hào)光不至于太強(qiáng)。11接入到光譜儀14中，通過光譜儀14監(jiān)測(cè)其回光光譜。然后是波形監(jiān)測(cè)部分，13為回光端監(jiān)測(cè)波形的信號(hào)接收光纖，17為激光輸出的波形監(jiān)測(cè)的信號(hào)接收光纖，15為示波器，17和13都接入到示波器15中，監(jiān)測(cè)輸出和回光端的波形。最后就是配合常見的熱像儀和功率計(jì)，觀測(cè)光纖激光器6表面的溫度和功率的異常。其整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

監(jiān)測(cè)指標(biāo)的建立：如表1所示，列出了常見的幾種安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)分為功率計(jì)示數(shù)，熱像儀溫度，光譜儀14指標(biāo)和示波器15指標(biāo)等四大類。在搭建好的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)上，通過大量安全情況下的實(shí)驗(yàn)，觀察在不同功率下各指標(biāo)正常的狀態(tài)和數(shù)值，建立相應(yīng)的安全指標(biāo)數(shù)據(jù)庫。

建立的指標(biāo)如下表：

安全指標(biāo)數(shù)據(jù)庫的使用。在進(jìn)行更高功率的激光器安全監(jiān)測(cè)時(shí)，通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫指標(biāo)和觀察指標(biāo)的狀態(tài)和數(shù)值來提前判斷光纖激光器6的異常，做到在災(zāi)難發(fā)生前能察覺出異常并安全關(guān)機(jī)。舉例來說，對(duì)功率計(jì)讀數(shù)而言，在等電流間隔(指的是光纖激光器6的泵浦ld驅(qū)動(dòng)電源)調(diào)節(jié)情況下，功率的增幅應(yīng)該大致是一樣的；雙端泵浦大致是單端泵浦(這里的單端指的是只開雙端泵浦的某一端泵浦)的在相同條件(指的是雙端和單端所有l(wèi)d相同電流情況下)的線性疊加；多個(gè)ld泵浦大致是單個(gè)ld泵浦在相同電流下功率的疊加。如果功率計(jì)讀數(shù)不滿足這些規(guī)律那么功率就是異常的。對(duì)熱像儀觀察到的溫度而言，比如ld表面溫度正常情況下不超過48度，ld輸出頭溫度正常情況下不超過50度，合束器接近封裝的無源纖溫度正常情況下不超過60度，cps溫度正常情況下不能超過70度，高反光柵與有源光纖熔點(diǎn)不超過50度，雙端泵浦情況下低反光柵與有源光纖熔點(diǎn)不超過56度。對(duì)光譜儀指標(biāo)而言，ld波長不宜超過或者少于(漂移)標(biāo)稱的波長1nm，正常情況下，比如976nmld，ld波長不宜超過977nm或少于975nm，即激光波長漂移不宜超過1nm。在信號(hào)光纖位置都不改變的情況下，可以通過觀察紅光指示部分(或回光端)的光譜(泵浦光或者激光)峰值強(qiáng)度和對(duì)比功率計(jì)功率(或測(cè)量回光功率)，從而計(jì)算標(biāo)定其單位光譜強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的功率，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)正向(或反向)剩余泵浦光和激光功率。在光纖激光器6中回光端8功率一般最不要超過40瓦。還可以對(duì)比不開激光器驅(qū)動(dòng)電流情況下的紅光光譜和激光器運(yùn)行情況下的紅光光譜來判斷光纖激光器6的光纖纖芯損耗是否增加(主要是指光暗化是否會(huì)發(fā)生)，或涂覆是否存在變性情況，即涂覆溫度是否過高。對(duì)示波器15指標(biāo)而言，同樣可以通過對(duì)比波形強(qiáng)度和回光功率來確定單位功率對(duì)應(yīng)的波形強(qiáng)度，從而可以在線監(jiān)測(cè)回光功率。此外，正常情況下在激光器穩(wěn)定過后示波器上的功率隨時(shí)序的波動(dòng)幾乎是沒有的，如果波形出現(xiàn)變形甚至出現(xiàn)脈沖就預(yù)示著某種異常工作狀態(tài)。還可以監(jiān)測(cè)光纖激光器6在安全開啟時(shí)示波器15波形的變化，通過對(duì)比光纖激光器6開啟時(shí)波形與安全開啟情況下波形來判斷此時(shí)光纖激光器6的開啟是否存在異常，做到提前預(yù)知危險(xiǎn)。

本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于：

包括一套紅光指示部分，該紅光指示部分通過氦氖激光器12紅光從回光端注入通過光纖激光器6后從輸出端輸出，對(duì)比激光器開啟和未開啟情況下的紅光光譜，判斷光纖激光器6內(nèi)部纖芯損耗或涂覆損傷情況。從而判斷是否發(fā)生光暗化或者內(nèi)部溫度過高。

建立了一套安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，通過光纖激光器6在大量運(yùn)行情況下的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值和狀態(tài)來建立安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫。

通過在輸出端采用高反透鏡2和無芯光纖4和5來建立安全，強(qiáng)度可調(diào)的監(jiān)測(cè)通道。

通過在回光端較遠(yuǎn)放置較小反射鏡的方式減小回光對(duì)氦氖激光器12的影響，并且可以同時(shí)在回光端放置多個(gè)監(jiān)測(cè)的信號(hào)接收光纖。

可以在盡量做到提早發(fā)現(xiàn)光纖激光器6運(yùn)行異常，做到盡量提前預(yù)判和提前關(guān)閉光纖激光器。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。