一种高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置的制作方法

本发明涉及高功率光纤激光器领域，具体涉及一种高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置。

背景技术：

随着高功率光纤激光器技术的发展，单模激光器的输出功率已经达到千瓦量级，多模的输出功率也达到了万瓦量级，在工业生产、激光医疗及国防领域方面，高功率光纤激光器的应用也越来越广泛。

双包层光纤光栅是高功率光纤激光器的核心器件之一，一般通过相位掩模法或者飞秒激光法进行刻写。通常使用一对光纤光栅作为高功率光纤激光器的谐振腔，其中一只光纤光栅是反射率超过99％的高反射率光纤光栅，另一只是反射率在8％～15％之间的低反射率光纤光栅。低反射率光纤光栅作为谐振腔的输出端，其反射率、半高宽、边模抑制比等参数对于高功率光纤激光器的输出功率、带宽、光束质量具有非常大的影响。其中反射率的测量更加基本，因此精确测量低反射率光纤光栅的反射率对于高功率光纤激光器的技术发展有着重要意义。

一般测量光纤光栅的反射率都是基于反射谱进行计算，为获取光纤光栅的透射谱，通常采用宽带光源或者可调谐激光器作为光源，通过单次测量或者波长扫描获得透射谱进而计算出反射率r，公式为其中tdb为透射谱谷的深度。由于高功率光纤激光器使用的低反射率光纤光栅反射率在8％-15％之间，根据计算公式tdb值较小，应在0.36db～0.7db之间。由于光源的不平坦度及功率抖动和读数误差，tdb无法精确获得，若有一低反射率光纤光栅的反射率为10％，它的tdb应为0.46db，若tdb存在±0.1db的误差，则反射率相对误差为20.8％％和20.4％，可见该方法误差较大，根据透射谱无法准确测得低反光栅的反射率。

目前高功率光纤激光器采用的都是双包层光纤，双包层光纤作为一种大模场特种光纤，它能传输多个模式的光。以nurfern公司20/400光纤为例，它既能传输基模lp01的光，也能传输高阶模lp11的光。高功率光纤激光器要求的低反射率光纤光栅8％～15％的反射率是对基模光的反射率，高阶模的存在对光纤光栅的光谱影响较大，导致测量结果不准确。因此，若测试双包层光纤光栅时不去除高阶模的影响，将引入较大的测量误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置，克服了由于高阶模存在而导致存在测量误差的影响，根据反射谱计算反射率时以光从光纤通过平整切割面到达空气中时拥有的固定反射率值为基准，大大提高了测量的精确性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置，包括宽带光源、单模环形器、模场匹配器、第一法兰盘、第二法兰盘、绕线柱、光谱仪和低反射率光纤光栅，所述宽带光源的输出端通过第一法兰盘与单模环形器的1端口连接，单模环形器的3端口与光谱仪连接，单模环形器的2端口通过第二法兰盘与模场匹配器的单模端连接，模场匹配器的多模端与低反射率光纤光栅的一端熔接，低反射率光纤光栅另一端盘绕在绕线柱上。

所述宽带光源波长范围为1035-1550nm，输出端为fc/apc接口。

所述单模环形器的接口类型均为fc/apc接口。

所述模场匹配器的单模端为熔接了fc/apc接口的hi1060单模光纤，用于连接第二法兰盘，多模端为20/400、0.46na双包层光纤。

所述第一法兰盘和第二法兰盘均采用fc型。

所述绕线柱直径为67mm～80mm。

所述光谱仪的测量范围为600-1700nm、最高分辨率为0.02nm。

所述低反射率光纤光栅的反射率为8％～15％，缠绕在绕线柱上的一端的端面为平整切割面。

所述低反射率光纤光栅的平整切割面通过光纤切割刀实现，切割角度通过光纤熔接机观察获得，切割角度应小于0.5°。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)加入了模场匹配器和绕线柱，去除了高阶模对低反射率光纤光栅反射率测量的影响。

(2)通过单模环形器，获得反射谱，能够更加精确的测量得到低反射率光纤光栅的反射率。

(3)连接方式为通过光纤快接头连接，使用方便，易于拆卸，能进行多次重复测量工作。

附图说明

图1是本发明的高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置的结构示意图。

图2是本发明实施例1中对低反射率光纤光栅进行测量得到的反射谱图。

图3是本发明实施例1中未采取盘绕光纤及加入模场匹配器来去除高阶模测得的低反射率光纤光栅的反射谱图。

图4是本发明实施例1中去除了高阶模后测得的低反射率光纤光栅透射谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置，包括宽带光源1、单模环形器2、模场匹配器3、第一法兰盘4、第二法兰盘5、绕线柱6、光谱仪7和低反射率光纤光栅8，所述宽带光源1的输出端通过第一法兰盘4与单模环形器2的输入端连接，单模环形器2的输出端与光谱仪7连接，单模环形器2的2端口通过第二法兰盘5与模场匹配器3的单模端连接，模场匹配器3的多模端与低反射率光纤光栅8的一端熔接，低反射率光纤光栅8另一端盘绕在绕线柱6上。加入模场匹配器3以及将低反射率光纤光栅8的另一端缠绕在绕线柱6上，可以有效去除高阶模对低反射率光纤光栅8反射率测量的影响。

所述宽带光源1波长范围为1035-1550nm，输出端为fc/apc接口。

所述单模环形器2的接口类型均为fc/apc接口。通过单模环形器2，克服了一般基于透射谱测量低反射率光纤光栅反射率的方法存在较大误差的问题，获得反射谱，能够更加精确的测量得到低反射率光纤光栅8的反射率。

所述模场匹配器3的单模端为熔接了fc/apc接口的hi1060单模光纤，用于连接第二法兰盘5，多模端为20/400、0.46na双包层光纤。

所述第一法兰盘4和第二法兰盘5均采用fc型。

所述绕线柱6直径为67mm～80mm，材质为塑料、铝或铜。

所述光谱仪7的测量范围为600-1700nm、最高分辨率为0.02nm。

所述低反射率光纤光栅8的反射率为8％～15％，缠绕在绕线柱6上的一端的端面为平整切割面。

所述低反射率光纤光栅8的平整切割面通过光纤切割刀实现，切割角度通过光纤熔接机观察获得，切割角度应小于0.5°。

上述连接方式通过光纤快接头连接，使用方便，易于拆卸，能进行多次重复测量工作。

实施例1

本发明提供一种高功率光纤激光器用低反光栅反射率精确测量装置，通过获得低反光栅对基模光的反射光谱来计算测量低反光栅反射率，能够减小消除光源的不平坦度及输出功率抖动、双包层光纤中易于产生的高阶模等对高功率光纤激光器用低反射率光栅反射率测量的影响，该装置本身使用方便，易于拆卸，能进行多次重复测量工作。该装置的器件分布如图1所示。

在本实施例中，宽带光源1(上海瀚宇，台式ase光源)的fc/apc接口通过fc型第一法兰盘4与单模环形器2(thorlabs，cir1064-apc)的1端口连接，模场匹配器3(深圳朗光，input:hi1060，output；20/4000.06/0.46nagdf)的单模光纤端通过fc型第二法兰盘5与单模环形器2的2端口连接，高功率光纤激光器用低反射率光纤光栅8(加拿大teraxion，20/4000.06/0.46na，光纤折射率n＝1.453)一端与模场匹配器3多模光纤端相熔接(日本藤仓，100m)，拥有平整切割面(美国vytran，ldc-400)的一端在绕线柱6(铝制，直径70mm)上盘绕两圈后用胶带固定住，单模环形器2的3端口连接到光谱仪7(日本横河，aq6370c)的输入端。设置光谱仪7的扫描范围为1075～1085nm，分辨率为0.05nm，扫描后得到低反射率光纤光栅8的反射谱图，如图2。使用光谱仪7的marker功能获得反射峰的高度rdb，rdb＝6.97db。根据以下公式：

计算低反射率光纤光栅反射率r，得到低反射率光纤光栅的反射率为13.5％，假设rdb存在±0.1db的误差，反射率r的相对误差为2.8％和2.9％。

为了说明本方法精确测量高功率光纤激光器用光纤光栅反射率的优点，图3是实施例1中未采取盘绕光纤及加入模场匹配器来去除高阶模测得的低反射率光纤光栅的反射谱图。由于光纤光栅对于高阶模和基模有不同的中心波长，基模和高阶模光的反射谱相互叠加后可能存在多种情况，导致光谱形状不规则。根据该反射谱可以看出高阶模的存在对反射谱影响较大，由存在高阶模的反射谱无法准确测得低反射率光纤光栅的反射率。

图4是实施例1中去除了高阶模后测得的低反射率光纤光栅透射谱图。根据公式计算低反射率光纤光栅反射率r，其中tdb为通过光谱仪marker功能得到的透射谱谷的深度，由于光源的不平坦度及功率抖动，tdb无法精确获得，估读值为0.55，得反射率r为14.5％，若tdb存在±0.1db的误差，则反射率r的相对误差为13.4％和13.7％，可见该方法误差较大，根据透射谱无法准确测得低反射率光纤光栅的反射率。