[发明专利]一种具有拉曼散射频移辅助透镜精密调节的光闸耦合装置

说明书

本发明公开了一种具有拉曼散射频移辅助透镜精密调节的光闸耦合装置，使用微型光谱仪探测散射光拉曼频移现象对三万瓦级光闸进行耦合调节反馈，使用水循环冷却环形光阱控制光闸输出光纤端面附近温度，使用精密传动结构减小调节时耦合透镜的位移量从而降低调节误差过大引起的激光外泄风险。装置包括法兰、耦合发生结构、透镜位移结构、封装板、光纤卡口。依次连接光纤卡口、法兰、耦合发生结构、透镜位移结构和封装板。微型光谱仪置于耦合发生结构中，探测耦合误差引起的包层散射光波长变化进行耦合调节反馈。本发明用于三万瓦级光纤激光光闸中，具有精密耦合、实时监测以及温度控制的功能，保证光闸在三万瓦激光功率下的高耦合效率与使用安全。

技术领域

本发明属于高功率光纤激光装备领域，特别是一种具有拉曼散射频移辅助透镜精密调节的光闸耦合装置。

背景技术

光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成，其具有光束质量好、转化效率高、散热性能好、结构紧凑和可靠性高等优点；光纤激光器所具有的优点使其在光纤通信、传感技术、医学生物和工业加工领域有着广泛的应用。在实际使用中，一台光纤激光器可能会作为多台设备的共用光源，在不同的时间段内分别供不同的设备使用。因此诞生出光纤激光光闸器件，它通过切换内部光路将激光耦合到不同的输出光纤中传输，可使一台光纤激光器拥有多个输出端。

光闸在应用中所需承载的激光功率可达到三万瓦量级，尽管光闸内的光学镜片采用低吸收率的基底材料、镀有增透膜/高反膜以及进行冷却处理，光学镜片仍会吸收部分激光能量导致其温度升高。镜片温度升高后会发生热形变，引起系统中激光光束的变化，会导致光闸中耦合透镜会聚后的光斑发生轴向离焦或径向偏移，一旦偏移量过大，会聚后的光斑无法完全耦合进输出光纤的纤芯中传输，这时会有大量激光从纤芯中泄漏出来，泄漏的激光能够瞬间烧毁输出光纤甚至是整个光闸器件，这无疑给光闸的使用带来了巨大的安全隐患。因此在使用光闸时，不仅仅需要实现低功率下的高效耦合，在高达三万瓦的情况下仍需对耦合透镜进行精密调节，使光束依然能够完全耦合进输出光纤的纤芯中，保证光闸的耦合效率。在调节耦合透镜的过程中，微分头每旋转一圈，耦合透镜会移动500微米，当微分头仅旋转十分之一圈时耦合透镜就会移动50微米，对于一万瓦激光功率的光闸而言，当其输出光纤的纤芯直径为200微米时，会聚光束偏移50微米则会有上千瓦的激光无法耦合进纤芯中传输，而在旋转微分头调节耦合透镜的过程中，会特别容易因为操作误差、机械误差导致会聚光束偏出输出光纤的纤芯，此时大量激光泄漏，会瞬间烧毁光纤并毁坏光闸。因此，特别需要一个能在三万瓦激光运行时依然能够进行耦合透镜精密调节的光闸耦合装置，同时该光闸耦合装置需要实时监控输出光纤处的激光耦合状态，防止大量激光泄漏带来的安全隐患。此外，由于在高功率激光运行时，被污染的光学元件会出现膜层损伤甚至炸裂的现象，所以光闸在使用的过程中是一个封闭的器件，其内部空间需要与外界隔绝，防止外界中灰尘、颗粒等杂质污染光闸内部元件。基于以上情况，本发明提供了一种解决方案，能够在高功率激光运行时使用微型光谱仪探测散射光的拉曼频移，根据光闸输出光纤的拉曼频移量进行耦合透镜精密调节，解决由于调节误差过大引起的激光安全问题，同时能够实时监测光闸的激光耦合状态及耦合装置温度，并实现耦合装置的密封。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有拉曼散射频移辅助透镜精密调节的光闸耦合装置实现光闸的安全、精密耦合，降低调节误差，提高光闸使用时的安全性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有拉曼散射频移辅助透镜精密调节的光闸耦合装置，使用微型光谱仪探测散射光拉曼频移现象进行耦合调节反馈，使用水循环冷却环形光阱控制光闸输出光纤端面附近温度，使用精密传动结构减小调节时耦合透镜的位移量从而降低调节误差过大引起的激光外泄风险。