一种监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置的制作方法

本发明涉及一种监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，属于高质量光纤激光领域。

背景技术：

光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的科技优势。光纤激光器有很多独特的优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。基于这些优点，光纤激光器正在逐步取代传统固体激光器在各个领域中的地位，发挥着越来越重要的作用。随着光纤激光器应用领域的不断拓展，如：超高精度传感、临床治疗、工业加工、自由空间光通信、激光武器等领域，对于高功率和光束质量的要求变得愈来愈高。

在保证光束输出质量的同时又要达到较高的功率输出(如100w-1kw量级)，对于增益光纤性能的要求非常高。因此，为了在提高功率的同时又能保持良好的光束输出质量，研究者们提出了大模场增益光纤。大模场增益光纤作为高功率光纤激光器和放大器的增益介质已经应用比较广泛，通过增大纤芯尺寸和扩大模场直径，大大减小了纤芯中的功率密度，使得光纤在承受较大功率的同时不会产生很强的非线性效应而影响光束质量。然而，大模场增益光纤在其制作和使用过程中对于某些非有意的残余应力和折射率扰动非常敏感，光纤在其制作过程中固有的残余应力会随着光纤温度升高而发生变化，而电弧熔接过程也会导致残余应力发生变化，这些残余应力变化引起的折射率变化会影响到大模场增益光纤的光学特性，从而影响激光器和放大系统的输出功率和光束质量，严重的甚至导致系统不能正常工作。

近年来，有论文研究了熔接耗对于高功率掺镱光纤激光器系统功率分布的影响[s.yin,p.yart,m.gong,“influenceoffusionspliceonhighpowerytterbium-dopedfiberlaserwithmasteroscillatormulti-stagepoweramplifiersstructure”,opt.laserseng.49(8):1054-1059(2011)]，也有论文研究了熔接时产生对接偏移和倾斜对于掺镱光纤激光器输出光束质量的影响[p.yan,j.p.hao,q.r.xiao,y.p.wang,m.l.gong,“theinfluenceoffusionsplicingonthebeamqualityofaytterbium-dopedfiberlaser”,laserphys.23(4):045109(2013)]，然而，这些论文却没有研究光纤因为热应力变化和熔接操作对光纤本身残余应力变化对于激光器性能的影响。因此，本发明利用光纤三维测量装置表征光纤残余应力，搭建一种监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，实现实时性、可视化分析在大模场增益光纤中残余应力以及熔接操作引起的残余应力变化对高功率高质量脉冲激光传输性能的影响，对大模场增益光纤的设计、制作、优化和其在高功率光纤激光器和放大器中的应用提供一定的指导作用。

技术实现要素：

为了实现实时性、可视化分析在大模场增益光纤中残余应力以及熔接操作引起的残余应力变化对高功率高质量脉冲激光传输性能的影响，利用光纤三维测量装置检测光纤残余应力，搭建一种监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，它包括脉冲激光光源，隔离器，光纤三维测量装置，残余应力显示器和自相关仪。光纤三维测量装置采用高精度高灵敏度光纤残余应力测量装置，分别测量大模场增益光纤以及其熔接部位光纤的残余应力数据，与之相连的残余应力显示器对测得数据进行算法处理得到光纤横截面残余应力分布图，自相关仪接收经过大模场增益光纤后的脉冲激光，并展示其脉冲波形。

本发明的有益效果具体如下：所述的监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，结构简单，操作方便，高精度高灵敏度光纤残余应力测量装置可以测量低量级的光纤残余应力变化，而残余应力显示器和自相关仪分别显示光纤横截面残余应力分布和脉冲波形变化，该装置就可以实时地、可视化地、更加细致和深入地研究光纤残余应力对激光脉冲传输的影响，优化和提高了此方面的研究手段和研究方法，对大模场增益光纤的设计、制作、优化和其在高功率光纤激光器和放大器中的应用提供一定的指导作用。

附图说明

图1为光纤线型监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置示意图。

图2为空间耦合型监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例一

本实例中，一种光纤线型监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，如图1所示，该装置包括：脉冲激光光源1，隔离器2，光纤三维测量装置3，残余应力显示器4和自相关仪6。光纤三维测量装置3中放置待测对称大模场增益光纤5，对称大模场增益光纤5可以包含熔接点，也可以不包含。增益光纤的掺杂离子类型为掺铒或掺镱或掺钬或掺铥或掺钕或铒镱共掺离子。参与熔接的两段光纤可以为增益光纤与增益光纤，增益光纤与普通光纤，增益光纤与特种光纤。此装置为光纤线型连接，而采用的光纤三维测量装置3对于非对称光纤需要旋转待测光纤进行多次测量，这将会对实验测量过程带来不必要的应力影响，因此光纤线型监测装置适合对称光纤，不需要旋转即可得到光纤横截面内应力分布。

实施例二

本实例中，一种空间耦合型监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，如图2所示，该装置包括：脉冲激光光源1，光准直器21，光耦合镜71，光纤三维测量装置3，残余应力显示器4，光耦合镜72,光耦合镜73，自相关仪6。光纤三维测量装置3中放置待测非对称大模场增益光纤51，非对称大模场增益光纤51可以包含熔接点，也可以不包含。增益光纤的掺杂离子类型为掺铒或掺镱或掺钬或掺铥或掺钕或铒镱共掺离子。参与熔接的两段光纤可以为增益光纤与增益光纤，增益光纤与普通光纤，增益光纤与特种光纤。此装置为空间光耦合型，采用的光纤三维测量装置3对于非对称光纤可以旋转待测光纤进行多次测量，因此空间耦合型监测装置适合非对称光纤。

技术特征：

1.一种监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，它包括脉冲激光光源1，隔离器2，光纤三维测量装置3，残余应力显示器4和自相关仪6，光纤三维测量装置中放置待测对称大模场增益光纤5。高精度高灵敏度光纤残余应力测量装置3可以测量低量级的光纤残余应力变化，而残余应力显示器4和自相关仪6分别显示光纤横截面残余应力分布和脉冲波形变化，该装置就可以实时地、可视化地、更加深入地研究光纤残余应力对激光脉冲传输的影响。

2.根据权利要求1述的装置，其特征在于光纤三维测量装置3测量的增益光纤5可以为对称和非对称的掺杂离子类型为掺铒或掺镱或掺钬或掺铥或掺钕或铒镱共掺离子的增益光纤，增益光纤可以包含熔接点也可以不包含，参与熔接的两段光纤可以为增益光纤与增益光纤，增益光纤与普通光纤，增益光纤与特种光纤。

技术总结
本发明涉及一种监测光纤残余应力对脉冲激光输出影响的装置，它包括脉冲激光光源1，隔离器2，光纤三维测量装置3，残余应力显示器4和自相关仪6，光纤三维测量装置3中放置待测对称大模场增益光纤5。高精度高灵敏度光纤残余应力测量装置3可以测量低量级的光纤残余应力变化，而残余应力显示器4和自相关仪6分别显示光纤横截面残余应力分布和脉冲波形变化，该装置就可以实时地、可视化地、更加细致和深入地研究光纤残余应力对激光脉冲传输的影响，优化和提高了此方面的研究手段和研究方法，对大模场增益光纤的设计、制作、优化和其在高功率光纤激光器和放大器中的应用提供一定的指导作用。

技术研发人员：裴丽;常彦彪;宁提纲;郑晶晶;王建帅;解宇恒;何倩;郭智君
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2019.03.29
技术公布日：2020.10.09