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一种高功率光纤 激光器输出光过冲抑制方法

阅读：904发布：2024-01-01

专利汇可以提供一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，通过高速功率监测器监测激光器的输出光功率，当输出光功率首次达到激光器设定功率值时，高速功率监测器向驱动电源发出一个反馈信号；在驱动电源接收到高速功率监测器的反馈信号后，计算半导体泵浦开始出光到接收到反馈信号的时间差；通过驱动电源控制半导体泵浦下一次线性延时出光的延时时间等于计算得到的时间差，从而抑制输出光过冲。本发明方法简单易实现，并且不存在预开启的状态，高功率光纤激光器的使用更安全，更加节能。，下面是一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、通过高速功率监测器监测激光器的输出光功率，当输出光功率首次达到激光器设定功率值时，高速功率监测器向驱动电源发出一个反馈信号；
步骤2、在驱动电源接收到高速功率监测器的反馈信号后，计算半导体泵浦开始出光到接收到反馈信号的时间差；
步骤3、通过驱动电源控制半导体泵浦下一次线性延时出光的延时时间等于计算得到的时间差，从而抑制输出光过冲。
2.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，其特征在于，所述功率高速监测器设置在包层光剥离器的封装输出端口，在功率高速监测器的监测端口放置有滤光片，该滤光片对信号光有较高的透射率，对泵浦光的透射率较低。
3.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，其特征在于，所述功率高速监测器与包层光剥离器的相对位置，使得入射到功率高速监测器上的最大光功率在功率高速监测器饱和功率值以下。
4.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，其特征在于，所述高功率光纤激光器的谐振腔包括高反光栅、掺镱增益光纤、低反光栅。
5.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，其特征在于，所述高功率光纤激光器的驱动电源采用恒流驱动电路板。
6.根据权利要求1所述的高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，其特征在于，所述高功率光纤激光器的泵浦源为3个，通过正向3×1合束器耦合在谐振腔中。

说明书全文

一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高功率光纤激光器，特别涉及一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法。

背景技术

[0002] 近年来高功率激光器取得了迅速的发展，在众多种类的高功率激光器中，光纤激光器以光束质量好、体积小、转换效率高和散热效果好等优点，被大规模应用于工业和军事领域。高功率光纤激光器在出光瞬间会产生一个峰值功率远远高出额定功率的“巨脉冲”，这会对接收装置和激光器本身造成破坏。《掺镱双包层光纤激光器的输出特性》中提出改变增益光纤长度、改变腔镜反射率可以抑制激光过冲，但是在光纤激光器中改变增益光纤长度、腔镜反射率较复杂，在工程上不易实现。《高功率掺镱光纤激光器时域调制特性的理论研究》中提出增加基底电流的方法可以抑制光纤激光器的过冲，但是会使光纤激光器存在预开启状态，使用中存在安全隐患。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题在于提供一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法。

[0004] 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输出光过冲抑制方法，包括如下步骤：

[0005] 步骤1、通过高速功率监测器监测激光器的输出光功率，当输出光功率首次达到激光器设定功率值时，高速功率监测器向驱动电源发出一个反馈信号；

[0006] 步骤2、在驱动电源接收到高速功率监测器的反馈信号后，计算半导体泵浦开始出光到接收到反馈信号的时间差；

[0007] 步骤3、通过驱动电源控制半导体泵浦下一次线性延时出光的延时时间等于计算得到的时间差，从而抑制输出光过冲。

[0008] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明方法简单易实现，并且不存在预开启的状态，高功率光纤激光器的使用更安全，更加节能。附图说明

[0009] 图1为泵浦光阶跃注入光纤激光器谐振腔时泵浦功率、反转粒子数、信号光功率随时间变化的曲线图。

[0010] 图2为本发明抑制高功率光纤激光器输出光过冲的方法示意图。

[0011] 图3为本发明泵浦光线性延时注入光纤激光器谐振腔时泵浦功率、反转粒子数、信号光功率变化的时间曲线图。

具体实施方式

[0012] 下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。

[0013] 泵浦光注入的时间特性、泵浦光功率大小、增益光纤长度、温度都对光纤激光器输出光过冲有影响，其中泵浦光注入的时间特性是影响过冲的主要原因。

[0014] 泵浦光阶跃注入光纤激光器谐振腔时泵浦功率、反转粒子数、信号光功率随时间变化关系如图1所示。当大功率泵浦光阶跃注入谐振腔，由于基态能级上的离子跃迁到激发态能级上需要一定的时间，所以经过一段泵浦抽运延迟时间后泵浦光抽运的基态能级离子才会到达激发态能级上，此时激发态上的离子抽运增加的速率大于消耗减少的速率，反转粒子数N迅速增加，但自发辐射率较小，产生的光子较少，光子在传播过程中的增益小于损耗，不能形成激光振荡放大，并没有激光产生，反转粒子数继续积累。之后，反转粒子数积累到出光阈值Nth，由于自发辐射率一定，产生的自发辐射光子数量也达到激射阈值Sth时，光子在传播过程中的增益大于损耗，自发辐射产生的光子在传播过程中激励反转粒子使其发生受激辐射；从增益光纤中自发辐射产生的光子等于谐振腔对光子损耗开始，到谐振腔中信号光初次等于恒定输出时信号光大小为止，谐振腔中的光子数始终少于稳定输出时谐振腔中的光子数S0，且泵浦光抽运速率一定，这使上能级离子消耗速率小于泵浦抽运速率，在此时间内反转粒子过量积累；当谐振腔中的光子数达到S0，此时的泵浦光的抽运速率等于上能级粒子消耗速率，但光子数并不会达到动态平衡，前期过量积累的反转粒子瞬间释放产生较强的过冲激光。

[0015] 从增益光纤中自发辐射产生的光子等于谐振腔对光子损耗开始，以谐振腔中信号光初次等于恒定输出时信号光大小为止，在这段时间内降低泵浦抽运速率，可以控制增益光纤的净增益大小，使谐振腔在信号光进行激光振荡放大之前不会积累过量的反转粒子，能够有效抑制激光过冲。据此，本发明提出一种高功率光纤激光器输出光过冲抑制方法，如图2所示，具体包括如下步骤：

[0016] 步骤1、通过高速功率监测器监测激光器输出终端的输出光功率，当输出光功率首次达到激光器设定功率值时，高速功率监测器向驱动电源发出一个反馈信号。

[0017] 步骤2、驱动电源在接受到高速功率监测器的反馈信号后，计算半导体泵浦开始出光到接收到反馈信号的时间差。

[0018] 步骤3、驱动电源控制半导体泵浦下一次线性延时出光的延时时间等于计算得到的时间差，从而抑制输出光过冲。

[0019] 在一些实施例中，所述功率高速监测器设置在包层光剥离器的封装输出端口，在功率高速监测器的监测端口放置有滤光片，该滤光片对信号光有较高的透射率，对泵浦光的透射率较低。

[0020] 在一些实施例中，所述功率高速监测器与包层光剥离器的相对位置，使得入射到功率高速监测器上的最大光功率在功率高速监测器饱和功率值以下。

[0021] 在一些实施例中，所述高功率光纤激光器的谐振腔包括高反光栅、掺镱增益光纤、低反光栅。

[0022] 在一些实施例中，所述高功率光纤激光器的驱动电源采用恒流驱动电路板。

[0023] 在一些实施例中，所述高功率光纤激光器的泵浦源为3个，通过正向3×1合束器耦合在谐振腔中。

[0024] 如图3所示，在计算得到的时间差内，控制半导体泵浦光功率从零线性增加到恒定。谐振腔中的信号光子数始终少于稳定输出时谐振腔中的信号光子数S0，泵浦光抽运速率还小于稳定时的抽运速率，上能级离子消耗速率小于泵浦抽运速率，所以反转粒子只是少量积累并不会像阶跃驱动时积累过量的反转粒子；在泵浦光功率达到恒定后，谐振腔中的光子数达到S0，此时的泵浦的抽运速率等于上能级粒子消耗速率，但光子数并不会达到平衡，只有前期积累的少量反转粒子会在此时释放，从而激光器的过冲得到抑制。

[0025] 实施例

[0026] 为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。

[0027] 高功率光纤激光器中，泵浦源的额定电压为15V，额定电流为13A，3个串联使用，通过正向3×1合束器耦合在谐振腔中。谐振腔由高反光栅、掺镱增益光纤、低反光栅组成，经包成光剥离器、输出终端输出激光。根据负载需求，驱动电源选择额定输出电压为48V、最大输出电流为15A的恒压电源。恒流驱动电路板采用功率控制元件MOSFET、PID负反馈控制技术、AMP运放跟随器控制基准电压、线性软启动技术、4组恒流电路并联输出方式，调节基准电压值和恒流转恒压电容值直到电流达到13A的线性延时恒流输出。

[0028] 功率高速监测装置设置在包层光剥离器的封装输出端口，反馈调节延时开启时间。经过输出测试后，本发明方法可以抑制高功率光纤激光器输出光过冲。

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