專(zhuān)利名稱(chēng)：光強(qiáng)度監(jiān)控電路以及光纖激光器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖激光器的光強(qiáng)度監(jiān)控方法，尤其涉及即使高輸出光在傳輸光纖中傳播時(shí)，也能夠完成光強(qiáng)度以及斷線(xiàn)的檢測(cè)的光強(qiáng)度監(jiān)控器。
背景技術(shù)：
在使用激光進(jìn)行材料加工的情況下，根據(jù)要加工的材料有時(shí)以數(shù)瓦的程度的激光輸出就足以應(yīng)對(duì)，但要加工厚的金屬之類(lèi)時(shí)需要千瓦級(jí)的激光輸出。作為金屬加工用激光器,有YAG激光器、CO2激光器、準(zhǔn)分子激光器、光纖激光器等。其中,光纖激光器具有高效率、高增益、良好的光束品質(zhì)，且元件的絕大多數(shù)由光纖構(gòu)成，所以也作為維護(hù)性良好的激光光源而備受注目。在光纖激光器中，激光傳播的路徑也全部是光纖，例如還能夠自由地改變連接激 光器的輸出端部和光纖激光器主體的傳輸光纖的長(zhǎng)度，因此還存在下述優(yōu)點(diǎn)，即能夠不移動(dòng)主體,而僅移動(dòng)輸出端部的位置來(lái)進(jìn)行材料加工。由此，傳輸光纖需要在某種程度上自由地移動(dòng)，因此，與裝置主體相比，有可能光纖的斷線(xiàn)概率高。在傳輸光纖中產(chǎn)生了斷線(xiàn)的情況下，有時(shí)高輸出的光會(huì)從斷線(xiàn)位置進(jìn)行輻射，該被輻射的光貫通保護(hù)傳輸光纖的軟管等。該情況下，有可能光會(huì)向周?chē)┏?。由此，從安全性的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，需要檢測(cè)傳輸光纖的斷線(xiàn)。另外，為了使加工穩(wěn)定，所照射的激光輸出的穩(wěn)定性也很重要，需要能夠提供恒定的激光輸出的光強(qiáng)度監(jiān)控電路。作為現(xiàn)有技術(shù)，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示，存在下述光監(jiān)控設(shè)備，即在光纖的纖芯部設(shè)置傾斜型布拉格光柵來(lái)將纖芯的導(dǎo)波光的一部分向光纖的外部輻射，并利用受光元件檢測(cè)輻射出的光。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)了用熔接點(diǎn)附近的另一光纖檢測(cè)從光纖的熔接點(diǎn)漏出的散射光的方法。專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)“特開(kāi)平11 - 133255號(hào)公報(bào)(1999年5月21日公開(kāi))”專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)“特開(kāi)2006 - 292674號(hào)公報(bào)(2006年10月26日公開(kāi))”在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，利用設(shè)置在光纖的輸出端側(cè)的傾斜型布拉格光柵將在纖芯中傳導(dǎo)的光的一部分向光纖的外部輻射，并利用受光元件檢測(cè)輻射出的光，從而監(jiān)控光強(qiáng)度。然而，若采用這樣的構(gòu)成，則需要將受光元件等設(shè)置在輸出端側(cè)，從而存在輸出端部變大這一問(wèn)題。而且，還存在與主體側(cè)的通信也變?yōu)閺?fù)雜的構(gòu)成(例如在保護(hù)軟管內(nèi)穿入傳輸由受光元件生成的光電流用的電氣布線(xiàn)等)這一問(wèn)題。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，通過(guò)另一光纖監(jiān)控來(lái)自熔接點(diǎn)的散射光，但在謀求靈活性的傳輸光纖中不優(yōu)選存在熔接點(diǎn)、加強(qiáng)部。另外，在傳輸光纖的輸出側(cè)配置這樣的光監(jiān)控設(shè)備的情況下，與專(zhuān)利文獻(xiàn)I同樣，存在輸出端部變大這一問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)發(fā)明是鑒于上述的課題而提出的，其目的在于提供無(wú)需使輸出端部形成為復(fù)雜的構(gòu)成，就能夠高精度地檢測(cè)在傳輸光纖中傳播的激光的光強(qiáng)度，也能夠檢測(cè)激光傳播的路徑的斷線(xiàn)的光強(qiáng)度監(jiān)控電路。為了解決上述課題，本發(fā)明的光強(qiáng)度監(jiān)控電路的特征在于，具備傳輸光纖，其由以第一包層覆蓋纖芯的周?chē)?、進(jìn)而以第二包層覆蓋第一包層的周?chē)碾p包層光纖構(gòu)成；反射單元，其設(shè)置在上述傳輸光纖的輸出端側(cè)，反射在上述傳輸光纖的上述纖芯中傳播的激光的一部分，來(lái)耦合成沿逆向在上述第一包層中傳播的反向包層模；以及檢測(cè)單元，其設(shè)置在上述傳輸光纖的輸入端側(cè)，檢測(cè)利用上述反射單元 耦合為反向包層模的反向包層模光的強(qiáng)度。根據(jù)上述的構(gòu)成，在纖芯中傳播的激光的一部分通過(guò)設(shè)置在上述傳輸光纖的輸出端側(cè)的反射單元而變?yōu)榉聪虬鼘幽９?，并返回到輸入?cè)，利用設(shè)置在傳輸光纖的輸入端側(cè)的上述檢測(cè)單元來(lái)檢測(cè)該反向包層模光的強(qiáng)度。由此，無(wú)需在傳輸光纖的輸出端側(cè)進(jìn)行從輸出端部出射的激光強(qiáng)度的檢測(cè)、傳輸光纖的斷線(xiàn)的檢測(cè)，能夠防止輸出端部大到必要以上，防止與主體側(cè)的通信成為復(fù)雜的構(gòu)成。本發(fā)明的光強(qiáng)度監(jiān)控電路無(wú)需在傳輸光纖的輸出端側(cè)進(jìn)行從輸出端部出射的激光強(qiáng)度的檢測(cè)、傳輸光纖的斷線(xiàn)的檢測(cè)，能夠防止輸出端部大到必要以上，防止與主體側(cè)的通信成為復(fù)雜的構(gòu)成。


圖I是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的圖，是表示安裝了光強(qiáng)度監(jiān)控電路的光纖激光器系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。圖2是表示在圖I所示的光纖激光器系統(tǒng)中使用的傳輸光纖的概略構(gòu)成的圖。圖3是表示形成于圖2所示的傳輸光纖的傾斜的光纖布拉格光柵的圖。圖4是表示在圖I所示的光纖激光器系統(tǒng)中使用的反向包層模光檢測(cè)部的一個(gè)構(gòu)成例的圖。圖5是表示在圖4所示的反向包層模光檢測(cè)部中使用的方向性耦合器的構(gòu)成的圖。圖6是表示在圖I所示的光纖激光器系統(tǒng)中使用的反向包層模光檢測(cè)部的其他構(gòu)成例的圖。圖7是表示光纖斷線(xiàn)面上的入射角和菲涅爾反射率的關(guān)系的圖表。圖8是表示光纖的斷線(xiàn)面以一定的角度發(fā)生了斷線(xiàn)時(shí)，反射光成為反向包層模時(shí)的菲涅爾反射的圖。圖9是表示光纖的斷線(xiàn)面以一定的角度發(fā)生了斷線(xiàn)時(shí)，反射光成為反向纖芯模時(shí)的菲涅爾反射的圖。圖10是表示光纖的斷線(xiàn)面以一定的角度發(fā)生了斷線(xiàn)時(shí)，反射光成為輻射模時(shí)的菲涅爾反射的圖。圖11是表示光纖的斷線(xiàn)面不以一定的角度發(fā)生了斷線(xiàn)時(shí)的菲涅爾反射的圖。圖12是表示在圖I所示的光纖激光器系統(tǒng)中使用的反向包層模光檢測(cè)部的又一構(gòu)成例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。圖I是表示安裝了本實(shí)施方式的光強(qiáng)度監(jiān)控電路(以下，稱(chēng)為本光強(qiáng)度監(jiān)控電路)的光纖激光器系統(tǒng)的概略構(gòu)成的圖。圖I所示的光纖激光器系統(tǒng)包括包含光纖激光器11的光纖激光器裝置10、激光輸出端部20和連接光纖激光器裝置10以及激光輸出端部20的傳輸光纖30。其中，由于光纖激光器11是公知的構(gòu)成，因此在此省略光纖激光器11的詳細(xì)的說(shuō)明。本光強(qiáng)度監(jiān)控電路構(gòu)成為使傳輸光纖30為雙包層光纖，在傳輸光纖30中設(shè)置傾斜的光纖布拉格光柵(以下，記為SFBG ;反射單元)31和反向包層模光檢測(cè)部32。SFBG31被設(shè)置在傳輸光纖30的輸出端側(cè)，使在傳輸光纖30的纖芯中傳導(dǎo)的激光的一部分耦合成反向包層模。反向包層模光檢測(cè)部(檢測(cè)單元)32是檢測(cè)反向包層模光的強(qiáng)度的單元，設(shè)置在傳輸光纖30的輸入端側(cè)。而且,傳輸光纖30被保護(hù)軟管33覆蓋。此外,SFBG31設(shè)置在傳 輸光纖30的輸出端側(cè)包括SFBG31在傳輸光纖30的輸出端附近作為其一部分被設(shè)置的情況和SFBG31與傳輸光纖30的輸出端部連接的情況。同樣，反向包層模光檢測(cè)部32設(shè)置在傳輸光纖30的輸入端側(cè)包括在傳輸光纖30的輸入端附近作為其一部分設(shè)置的情況和與傳輸光纖30的輸入端部連接的情況。本光強(qiáng)度監(jiān)控電路使激光的一部分從傳輸光纖30的激光輸出端部20側(cè)(輸出端偵D返回到光纖激光器裝置10側(cè)(輸入端側(cè))來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，從而進(jìn)行激光強(qiáng)度的檢測(cè)以及傳輸光纖30的斷線(xiàn)檢測(cè)。由此，根據(jù)受光單元的受光靈敏度適當(dāng)?shù)卦O(shè)定反射率，從而即使激光為高輸出的激光也能夠監(jiān)控激光強(qiáng)度。另外，傳輸光纖30的激光輸出端部20無(wú)需大到必要以上，與光纖激光器裝置10側(cè)的通信也無(wú)需為復(fù)雜的構(gòu)成。以下詳細(xì)說(shuō)明其理由。如圖2所示，本光強(qiáng)度監(jiān)控電路使傳輸光纖30為雙包層光纖，傳輸光纖30具有纖芯30A、折射率低于纖芯30A的折射率的第一包層30B和折射率低于第一包層30B的折射率的第二包層30C。S卩，傳輸光纖30以第一包層30B覆蓋纖芯30A的周?chē)?，進(jìn)而以第二包層30C覆蓋第一包層30B的周?chē)６?，在傳輸光纖30的纖芯30A中設(shè)置SFBG31。如圖3所示，SFBG31按照使垂直于產(chǎn)生折射率上升的面的方向向光纖的軸(長(zhǎng)邊軸)傾斜(傾斜角Θ )的方式形成。SFBG31使產(chǎn)生折射率上升的面傾斜，因此可抑制從沿順向傳播的正向纖芯模向沿逆向傳播的反向纖芯模的耦合，促進(jìn)從沿順向傳播的正向纖芯模向沿逆向傳播的反向包層模的耦合。其中，耦合為反向包層模的正向纖芯模的波長(zhǎng)由光柵周期(Λ )決定。其中，為了利用SFBG31耦合成反向包層模，纖芯的折射率η、激光的波長(zhǎng)λΒ、光柵周期Λ以及傾斜角Θ需要滿(mǎn)足下式所示的布拉格條件。NX ( λΒ/η) = 2AC0S Θ (N 為整數(shù))另外，SFBG31的反射率R和傾斜角Θ的關(guān)系由下式表示。R = tanh2 ( πΙ^Δηη/λΒ)= tanh2 (( JiLAnn/2nA cos θ ) XN)其中，L :光柵長(zhǎng)度，η :纖芯的封閉率Δη:折射率增加量。
I禹合成反向包層模的光(以下稱(chēng)為“反向包層模光”)被封閉在第一包層30B內(nèi)，沿著纖芯中傳播的激光的逆向在第一包層30B內(nèi)傳播。該反向包層模光能夠通過(guò)設(shè)置在傳輸光纖30的輸入端側(cè)的反向包層模光檢測(cè)部32來(lái)檢測(cè)其激光強(qiáng)度。作為反向包層模光檢測(cè)部32的一個(gè)構(gòu)成例，可以舉出如圖4所示的構(gòu)成，即包括方向性耦合器32A和光檢測(cè)器32B (例如，光電二極管)。方向性耦合器利用下述現(xiàn)象，即通常在光僅入射至具有兩個(gè)接近的纖芯的光纖的一個(gè)纖芯的情況下，伴隨著光的傳播，光也會(huì)移至另一個(gè)纖芯內(nèi)。其中，如圖5所示，在此使用的方向性耦合器32A使傳輸光纖30的第一包層30B接近另一光纖的纖芯。由此，傳輸光纖30的纖芯30A的激光直接透過(guò)，而第一包層30B中傳播的反向包層模光從圖5中的A的方向向另一光纖耦合。與另一光纖耦合的光向圖5中的B方向傳播，最終被光檢測(cè)器32B檢測(cè)。通過(guò)以上的構(gòu)成，能夠檢測(cè)激光強(qiáng)度。其中，在方向性耦合器32A中，另一光纖的纖芯的折射率被設(shè)定為比傳輸光纖30的第二包層30C的折射率小。
另外，作為本發(fā)明的反向包層模光檢測(cè)部32的其他構(gòu)成例，可以舉出圖6所示的構(gòu)成。在圖6的構(gòu)成中，除去傳輸光纖30的輸入端附近的第二包層30C，用折射率比傳輸光纖30的第一包層30B的折射率高的高折射率介質(zhì)32D包圍該除去部分和檢測(cè)用光纖32C的端部。此時(shí)，檢測(cè)用光纖32C的端部與傳輸光纖30平行。由此，能夠利用高折射率介質(zhì)32D使從傳輸光纖30的輸入端附近漏出的光與檢測(cè)用光纖32C耦合，能夠利用光檢測(cè)器32B來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)以上的構(gòu)成，也能夠檢測(cè)激光強(qiáng)度。另外，作為本發(fā)明的反向包層模光檢測(cè)部32的又一構(gòu)成例，可以列舉圖12所示的構(gòu)成。在圖12的構(gòu)成中，除去雙包層傳輸光纖30的輸入端附近的第二包層30C，用折射率比第一包層30B的折射率高的高折射率介質(zhì)32D包圍該除去部分。而且，在高折射率介質(zhì)32D之中或者之外配置光檢測(cè)器32B。由此，能夠使光檢測(cè)器32B的受光面直接檢測(cè)被高折射率介質(zhì)32D散射的反向包層模光。根據(jù)以上的構(gòu)成，也能夠檢測(cè)激光強(qiáng)度。反向包層模光檢測(cè)部32的上述3個(gè)構(gòu)成例在不直接借助纖芯中傳播的激光來(lái)檢測(cè)激光強(qiáng)度的方面具有以下的優(yōu)點(diǎn)。即，在使用借助纖芯的傳播光的方向性耦合器的情況下，由于激光為高輸出，所以為激光的監(jiān)控而耦合的光的比例可以非常小。然而，制作那樣的耦合比小的方向性耦合器，必須使方向性耦合器的纖芯部延伸。在使纖芯部進(jìn)行了延伸的情況下，產(chǎn)生相當(dāng)?shù)难由觳刻幍膿p耗，由于激光為高輸出，因此即使微小的損耗，被釋放出的能量的絕對(duì)值也大，可以認(rèn)為因該釋放出的能量產(chǎn)生的發(fā)熱會(huì)燒毀方向性耦合器。本實(shí)施方式的反向包層模光檢測(cè)部32不使纖芯的光耦合而使包層的光耦合，因此不必有這樣的擔(dān)心。而且，上述光纖激光器系統(tǒng)也可以在比SFBG31靠近輸出側(cè)處設(shè)置隔離度30dB以上的光隔離器。實(shí)際上用光纖激光器裝置進(jìn)行材料加工的情況下，從輸出端部出射的激光被材料吸收，但一部分被反射(反射率因材料而異)。反射的激光在輸出端部與纖芯以及第一包層再次耦合而返回到光纖激光器主體。該情況下，反向包層模檢測(cè)器會(huì)檢測(cè)I)因SFBG產(chǎn)生的反向包層模光，2)由于瑞利散射而耦合為反向包層模的光，進(jìn)而3)來(lái)自材料的反射光。并且，上述I) 3)的光全部為與激光相同的波長(zhǎng)。
因此，在檢測(cè)到上述3)的光的情況下，會(huì)檢測(cè)到比通常的I)+ 2)的反射量大的反射光量，所以會(huì)預(yù)測(cè)到即使沒(méi)有斷線(xiàn)也會(huì)錯(cuò)誤地判斷為斷線(xiàn)的情況。因此，需要極力減少3)的影響。光隔離器為了阻止來(lái)自材料的反射光返回到傳輸光纖中，減少3)的影響而設(shè)置。當(dāng)來(lái)自材料的反射光因鏡面反射(反射率為100%)而返回時(shí)，在隔離度20dB的情況下，檢測(cè)器中的I) + 2)的反射率最大會(huì)增大1%。在隔離度30dB的情況下，最大也不過(guò)會(huì)增大O. 1%，因此將I) + 2)的反射率例如設(shè)置為O. 5%左右的情況下也能夠正確地進(jìn)行斷線(xiàn)檢測(cè)的判斷。接著，對(duì)傳輸光纖30的斷線(xiàn)檢測(cè)方法進(jìn)行說(shuō)明。傳輸光纖30的斷線(xiàn)能夠根據(jù)反向包層模光的反射率(即，反射量)的預(yù)先確定的假定值發(fā)生的變化來(lái)判斷。即，在不發(fā)生斷線(xiàn)的狀態(tài)下，通過(guò)檢測(cè)到激光強(qiáng)度和基于SFBG的反射率的反向包層模光的強(qiáng)度而判斷為正常。另一方面，在發(fā)生了斷線(xiàn)的狀態(tài)下，在傳輸光纖30的斷線(xiàn)面產(chǎn)生菲涅爾反射，因此反向包層模光的強(qiáng)度產(chǎn)生變化，根據(jù)該變化量能夠判斷斷線(xiàn)。例如，假設(shè)激光輸出為X [W]，SFBG的反射率為R時(shí)，反向包層模光強(qiáng)度為RX [W]。·在該光全部被檢測(cè)單元檢測(cè)到的情況下，若激光發(fā)生某種程度的變動(dòng)(X±x[W])，則檢測(cè)單元在R (X±x) [W]的變動(dòng)內(nèi)檢測(cè)到光強(qiáng)度。將比該范圍具有余量的范圍(土y :其中y >X)設(shè)為閾值，當(dāng)檢測(cè)量變動(dòng)出該閾值外的情況下，即為R (X + y) [W]以上或者R (X - y)[W]以下時(shí)，判斷為斷線(xiàn)。而且，還考慮到因瑞利散射引起的反射光強(qiáng)度以及激光輸出的溫度依賴(lài)性，來(lái)設(shè)定上述閾值，從而能夠更準(zhǔn)確地判斷斷線(xiàn)。如下，對(duì)根據(jù)反向包層模光的檢測(cè)結(jié)果來(lái)判別傳輸光纖30是否斷線(xiàn)的方法更詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。在傳輸光纖30斷線(xiàn)時(shí)，在斷線(xiàn)的光纖的剖面產(chǎn)生菲涅爾反射。由于菲涅爾反射而耦合為包層模的光的比例根據(jù)斷線(xiàn)的光纖的端面狀態(tài)而變化。圖8 10是表示光纖的(纖芯部的)斷線(xiàn)面以一定的角度發(fā)生了斷線(xiàn)，并且該角度分別不同時(shí)的菲涅爾反射的圖。其中，在此，為了使說(shuō)明簡(jiǎn)單，在纖芯中傳播的光被假定為與纖芯的光軸平行前進(jìn)的光線(xiàn)。如圖8所示，在斷線(xiàn)面的角度α具有某范圍的情況下，被菲涅爾反射的光耦合為反向包層模。在此，斷線(xiàn)面的角度α是斷線(xiàn)面和與纖芯的光軸垂直的面所成的角(或者，是斷線(xiàn)面的法線(xiàn)和纖芯的光軸所成的角)。然而，當(dāng)斷線(xiàn)面的角度α為此外的范圍時(shí)，被耦合為反向纖芯模(參照?qǐng)D9)或者成為輻射模(參照?qǐng)D10)。被菲涅爾反射的光耦合成反向包層模的斷線(xiàn)面的角度α處于滿(mǎn)足下述的(I)式的范圍。(1/2) X Θ Co < Θ i = α <(1/2) X Θ cl …(I)在此，Θ i為菲涅爾反射時(shí)的入射角，與斷線(xiàn)面的角度相等。Θ C0是由纖芯的NA(孔徑)決定的臨界角，Θ cl是由第一包層的NA決定的臨界角。例如，當(dāng)纖芯中NA為O. 21、折射率為I. 5，第一包層中NA為O. 46、折射率為1.45時(shí)，耦合為反向包層模的斷線(xiàn)面的角度α為約8.0°到約18. 2°。當(dāng)2α < Θ co時(shí)，被菲涅爾反射的光與纖芯耦合，當(dāng)2 α >0cl時(shí)，向光纖外輻射。由此，在不滿(mǎn)足上述(I)式的范圍內(nèi)，反向包層模光檢測(cè)部32檢測(cè)不到因菲涅爾反射產(chǎn)生的光(但會(huì)檢測(cè)到因瑞利散射耦合為反向包層模耦合的光)。由此，通過(guò)使SFBG31的反射率大于因菲涅爾反射能夠耦合為反向包層模的斷線(xiàn)面的角度的范圍內(nèi)的最大的菲涅爾反射率，能夠根據(jù)反射率的變化來(lái)判別有無(wú)斷線(xiàn)。如上所述，在具有NA為O. 21、折射率為I. 5的纖芯和NA為O. 46、折射率為I. 45的第一包層的光纖的情況下，耦合為反向包層模的斷線(xiàn)面的角度α為約8.0°到約18.2°。而且，此時(shí)的菲涅爾反射率在產(chǎn)生菲涅爾反射的斷線(xiàn)面為玻璃和空氣的界面的情況下，如圖7所示大致為4%。換句話(huà)說(shuō)，使傳輸光纖30中的SFBG31的反射率大于4%，當(dāng)反射率為4%以下時(shí)，可視為傳輸光纖30發(fā)生了斷線(xiàn)。在基于圖8 10的上述說(shuō)明中，假定光纖的斷線(xiàn)面是一致的情況，但實(shí)際產(chǎn)生斷線(xiàn)時(shí)的端面為更復(fù)雜的形狀。圖11表示光纖的斷線(xiàn)面包括斷線(xiàn)面的角度為α I的第一斷線(xiàn)面和斷線(xiàn)面的角度為α 2的第二斷線(xiàn)面的情況。在圖11中，設(shè)第一斷線(xiàn)面和第二斷線(xiàn)面被通過(guò)光纖剖面的中心點(diǎn)的分界線(xiàn)等分。另外，設(shè)圖11中的全部菲涅爾反射光分別被等分為從第一斷線(xiàn)面耦合為包層模的光和從第二斷線(xiàn)面向光纖的外部輻射的光。由此，可認(rèn)為此時(shí)在光纖的端面全部的因菲涅爾反射耦合為包層模的反射率為2%左右。若拓展上述的想法，考慮斷線(xiàn)面的端面狀態(tài)為更復(fù)雜的形狀的情況，則能夠容易理解因菲涅爾反射耦合為包層模的光的反射率具有O 4%的變動(dòng)幅度。即，如果使SFBG31的反射率大于4%，則在反射率為4%以下時(shí)能夠可靠地檢測(cè)出傳輸光纖30的斷線(xiàn)。 其中，光纖斷線(xiàn)的情況下的斷線(xiàn)面處的反射率不限于保持恒定的值。例如，在光纖斷線(xiàn)的情況下，最初產(chǎn)生小的龜裂，該龜裂發(fā)展而直至完全斷線(xiàn)，因此從斷線(xiàn)的初始狀態(tài)直至最終的斷線(xiàn)為止的期間內(nèi)，端面形狀發(fā)生變化。或者，如本實(shí)施方式那樣，如果激光為高輸出，則光纖斷線(xiàn)后端面形狀也由于因激光產(chǎn)生的熱等發(fā)生變化。如果端面形狀發(fā)生變化，則伴隨該變化，因菲涅爾反射產(chǎn)生的反射率發(fā)生變動(dòng)，因此即使將SFBG的反射率設(shè)定在菲涅爾反射率的變動(dòng)幅度內(nèi)，實(shí)際上也能夠檢測(cè)光纖的斷線(xiàn)。在將SFBG的反射率設(shè)定在菲涅爾反射率的變動(dòng)幅度內(nèi)的情況下，檢測(cè)在光纖的斷線(xiàn)過(guò)程中發(fā)生變動(dòng)的反射率，在與正常時(shí)的變動(dòng)幅度為一定以上時(shí)檢測(cè)出斷線(xiàn)即可。此時(shí)的變動(dòng)幅度最好以光纖激光器的輸出穩(wěn)定性為基礎(chǔ)求出。即，如果求出第一包層30Β中傳播的反向包層模光的強(qiáng)度與傳輸光纖30的纖芯30Α中傳播的激光的強(qiáng)度的比例，則能夠?qū)⒎瓷渎实淖兓鳛榕c正常時(shí)的變動(dòng)幅度進(jìn)行檢測(cè)。要注意的是，SFBG的反射率需要比因瑞利散射耦合為反向包層模的耦合率大。其中，在此，反射率表示反射為反向包層模的光相對(duì)于原來(lái)的激光的比例，耦合率表示耦合為反向包層模的光相對(duì)于原來(lái)的激光的比例。在SFBG之后光纖發(fā)生斷線(xiàn)，進(jìn)而菲涅爾反射完全沒(méi)有耦合為包層模光的情況下，反向包層模光為僅因瑞利散射產(chǎn)生的反向包層模光。此種情況是因?yàn)槿鬝FBG的反射率與因瑞利散射耦合為反向包層模的耦合率相比相當(dāng)小，則與斷線(xiàn)前檢測(cè)到的因瑞利散射產(chǎn)生的反向包層模光的差別難以知曉。但是，因瑞利散射產(chǎn)生的反向包層模光實(shí)際上不太大，如果SFBG的反射率為1%左右，則可以認(rèn)為因SFBG產(chǎn)生的反向包層模光和因瑞利散射產(chǎn)生的反向包層模光能夠充分被識(shí)別。如上述那樣，將SFBG的反射率設(shè)定在菲涅爾反射率的變動(dòng)幅度內(nèi)也能夠檢測(cè)到光纖的斷線(xiàn)，但是，為了能夠可靠地檢測(cè)斷線(xiàn)，優(yōu)選使SFBG31的反射率比菲涅爾反射的反射率大。而且，即使在將SFBG的反射率設(shè)定得比菲涅爾反射率大的情況下，如果能夠減小菲涅爾反射率，則也能夠減小SFBG的反射率。如果減小SFBG的反射率，則取出為監(jiān)控用的激光的比例變小，所以能夠增大輸出的激光的比例，結(jié)果，會(huì)提高激光的輸出效率，因而優(yōu)選。為了減小菲涅爾反射，能夠通過(guò)使斷線(xiàn)時(shí)的與光纖端面接觸的介質(zhì)的折射率接近光纖的纖芯(在此為玻璃；折射率I. 5)的折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)。在到目前為止的說(shuō)明中，假設(shè)斷線(xiàn)時(shí)的與光纖端面接觸的介質(zhì)為空氣(折射率I )，但若使該介質(zhì)例如為水(折射率I. 33)，則從圖7可知，能夠?qū)⒎颇鶢柗瓷渎蕼p小到1%以下。為了將其具體實(shí)施，在圖I的構(gòu)成中，采用以水充滿(mǎn)保護(hù)軟管33中，以水包圍傳輸光纖30的周邊等的構(gòu)成即可。其中，斷線(xiàn)時(shí)的與光纖端面接觸的介質(zhì)不限定于上述那樣的水，只要是具有折射率比空氣更接近光纖的纖芯的折射率的流體介質(zhì)即可。其中，若光纖激光器的激光強(qiáng)度發(fā)生變化則反向包層模光檢測(cè)時(shí)的光強(qiáng)度也變化。由此，若預(yù)先測(cè)量出激光強(qiáng)度和反向包層模光檢測(cè)時(shí)的光強(qiáng)度的比率，則能夠用因SFBG產(chǎn)生的反射光、菲涅爾反射光、因瑞利散射產(chǎn)生的反射光來(lái)區(qū)別檢測(cè)時(shí)的光。如上所述,本發(fā)明的光強(qiáng)度監(jiān)控電路的特征在于,具備傳輸光纖，其由以第一包層覆蓋纖芯的周?chē)?、進(jìn)而以第二包層覆蓋第一包層的周?chē)碾p包層光纖構(gòu)成；反射單元，其設(shè)置在上述傳輸光纖的輸出端側(cè)，反射在上述傳輸光纖的上述纖芯中傳播的激光的一部分，來(lái)耦合成沿逆向在上述第一包層中傳播的反向包層模；以及檢測(cè)單元，其設(shè)置在上述傳 輸光纖的輸入端側(cè)，檢測(cè)利用上述反射單兀I禹合成反向包層模的反向包層模光的強(qiáng)度。根據(jù)上述的構(gòu)成，在纖芯中傳播的激光的一部分通過(guò)設(shè)置在上述傳輸光纖的輸出端側(cè)的反射單元而作為反向包層模光返回到輸入側(cè)，通過(guò)設(shè)置在傳輸光纖的輸入端側(cè)的上述檢測(cè)單元來(lái)檢測(cè)該反向包層模光的強(qiáng)度。由此，無(wú)需在傳輸光纖的輸出端側(cè)進(jìn)行由輸出端部出射的激光強(qiáng)度的檢測(cè)、傳輸光纖的斷線(xiàn)的檢測(cè)，能夠防止輸出端部大到必要以上、與主體側(cè)的通信變?yōu)閺?fù)雜的構(gòu)成。另外，在上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路中，優(yōu)選上述反射單元是被傾斜的光纖布拉格光柵。根據(jù)上述的構(gòu)成，能夠不使傳輸光纖的構(gòu)成變得復(fù)雜，能夠容易地形成上述反射單元。另外，在上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路中，上述檢測(cè)單元能夠構(gòu)成為由方向性耦合器和光檢測(cè)器組成，其中，上述方向性耦合器僅耦合在上述第一包層中傳播的反向包層模光，上述光檢測(cè)器接收利用上述方向性耦合器耦合的反向包層模光?；蛘?，在上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路中，上述檢測(cè)單元能夠構(gòu)成為具備上述傳輸光纖的輸入端附近的除去了上述第二包層的部分；檢測(cè)用光纖；高折射率介質(zhì)，其是折射率比上述傳輸光纖的第一包層的折射率高的介質(zhì)，通過(guò)包圍上述傳輸光纖的除去了上述第二包層的部分和上述檢測(cè)用光纖的端部來(lái)使從上述傳輸光纖的除去了上述第二包層的部分漏出的光耦合到上述檢測(cè)用光纖；以及光檢測(cè)器，其接收耦合到上述檢測(cè)用光纖中的光。或者，在上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路中，上述檢測(cè)單元能夠構(gòu)成為具備上述傳輸光纖的輸入端附近的除去了上述第二包層的部分；高折射率介質(zhì)，其是折射率比上述傳輸光纖的第一包層的折射率高的介質(zhì)，通過(guò)包圍上述傳輸光纖的除去了上述第二包層的部分來(lái)使從上述傳輸光纖的除去了上述第二包層的部分漏出的光發(fā)生散射；以及光檢測(cè)器，其接收被上述高折射率介質(zhì)散射的光。根據(jù)上述的構(gòu)成，不直接經(jīng)由在纖芯中傳播的激光就能夠檢測(cè)激光強(qiáng)度。另外，上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路能夠構(gòu)成為在比上述反射單元靠近輸出端側(cè)處具備光隔離器。另外，上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路能夠構(gòu)成為上述反射單元的反射率比在上述傳輸光纖的斷線(xiàn)邊界面產(chǎn)生的菲涅爾反射耦合為反向包層模的耦合率大。
根據(jù)上述的構(gòu)成，上述檢測(cè)單元在檢測(cè)到的反向包層模光的反射率小于上述反射單元的反射率時(shí)，能夠可靠地檢測(cè)上述傳輸光纖的斷線(xiàn)。另外，上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路能夠采用以下構(gòu)成上述傳輸光纖被配置在保護(hù)軟管中，而且，上述保護(hù)軟管中被流體介質(zhì)充滿(mǎn)，該流體介質(zhì)的折射率比空氣接近上述傳輸光纖的纖芯的折射率。根據(jù)上述構(gòu)成，在上述傳輸光纖發(fā)生了斷線(xiàn)時(shí)，斷線(xiàn)時(shí)的與光纖端面接觸的介質(zhì)為上述流體介質(zhì)。上述流體介質(zhì)具有比空氣接近上述傳輸光纖的纖芯折射率的折射率，所以和斷線(xiàn)時(shí)的與光纖端面接觸的介質(zhì)為空氣的情況相比，能夠減少斷線(xiàn)面處的菲涅爾反射。如果斷線(xiàn)面處的菲涅爾反射小，則即使上述反射單元的反射率小也能夠進(jìn)行斷線(xiàn)檢測(cè)，因此能夠減小取出為監(jiān)控用的激光的比例，能夠增大所輸出的激光的比例，結(jié)果，能夠提高激光的輸出效率。另外，上述光強(qiáng)度監(jiān)控電路能夠采用以下構(gòu)成上述反射單元的反射率比耦合為上述傳輸光纖的反向包層模的瑞利散射的耦合率大，上述檢測(cè)單元檢測(cè)在第一包層中傳播 的反向包層模光的強(qiáng)度的隨時(shí)間的變動(dòng)。根據(jù)上述的構(gòu)成，通過(guò)檢測(cè)反向包層模光的強(qiáng)度的隨時(shí)間的變動(dòng)，能夠檢測(cè)在光纖的斷線(xiàn)過(guò)程中發(fā)生變動(dòng)的反射率，即使將上述反射單元的反射率設(shè)定在菲涅爾反射率的變動(dòng)幅度內(nèi)，也能夠在檢測(cè)上述隨時(shí)間的變動(dòng)中，與正常時(shí)的變動(dòng)幅度為一定以上時(shí)檢測(cè)斷線(xiàn)。即，通過(guò)將上述反射單元的反射率設(shè)定在菲涅爾反射率的變動(dòng)幅度內(nèi)，能夠減少取出為監(jiān)控用的激光的比例，增大輸出的激光的比例，結(jié)果，能夠提高激光的輸出效率。本發(fā)明不限于上述的各實(shí)施方式，在權(quán)利要求所示的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變更，通過(guò)適當(dāng)組合在不同的實(shí)施方式中分別公開(kāi)的技術(shù)特征而得的實(shí)施方式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。本發(fā)明可提供即使高輸出光在傳輸光纖中傳播那樣的情況下，也能夠檢測(cè)激光強(qiáng)度以及斷線(xiàn)的光強(qiáng)度監(jiān)控器，其能夠用于光纖激光器系統(tǒng)。附圖標(biāo)記說(shuō)明10光纖激光器裝置；11光纖激光器；20激光輸出端部；30傳輸光纖；30A 纖芯；30B第一包層；30C第二包層；31被傾斜的光纖布拉格光柵(反射單兀)；32反向包層模光檢測(cè)部(檢測(cè)單元)；32A方向性耦合器；32B光檢測(cè)器；32C檢測(cè)用光纖；32D高折射率介質(zhì)；33保護(hù)軟管。
權(quán)利要求
1.一種光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于，具備 傳輸光纖，其由以第一包層覆蓋纖芯的周?chē)?、進(jìn)而以第二包層覆蓋第一包層的周?chē)碾p包層光纖構(gòu)成； 反射單元，其設(shè)置在所述傳輸光纖的輸出端側(cè)，反射在所述傳輸光纖的所述纖芯中傳播的激光的一部分，來(lái)耦合成沿逆向在所述第一包層中傳播的反向包層模；以及 檢測(cè)單元，其設(shè)置在所述傳輸光纖的輸入端側(cè)，檢測(cè)利用所述反射單元耦合為反向包層模的反向包層模光的強(qiáng)度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于， 所述反射單元是被傾斜的光纖布拉格光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于， 所述檢測(cè)單元由方向性耦合器和光檢測(cè)器構(gòu)成，其中，所述方向性耦合器僅耦合在所述第一包層中傳播的反向包層模光，所述光檢測(cè)器接收利用所述方向性耦合器耦合的所述反向包層模光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于， 所述檢測(cè)單元具備 所述傳輸光纖的輸入端附近的除去了所述第二包層的部分； 檢測(cè)用光纖； 高折射率介質(zhì)，其是折射率比所述傳輸光纖的第一包層的折射率高的介質(zhì)，通過(guò)包圍所述傳輸光纖的除去了所述第二包層的部分和所述檢測(cè)用光纖的端部來(lái)使從所述傳輸光纖的除去了所述第二包層的部分漏出的光耦合到所述檢測(cè)用光纖；以及光檢測(cè)器，其接收耦合到所述檢測(cè)用光纖中的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于， 所述檢測(cè)單元具備 所述傳輸光纖的輸入端附近的除去了所述第二包層的部分； 高折射率介質(zhì)，其是折射率比所述傳輸光纖的第一包層的折射率高的介質(zhì)，通過(guò)包圍所述傳輸光纖的除去了所述第二包層的部分來(lái)使從所述傳輸光纖的除去了所述第二包層的部分漏出的光發(fā)生散射；以及 光檢測(cè)器，其接收被所述高折射率介質(zhì)散射的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任意一項(xiàng)所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路,其特征在于， 在比所述反射單元靠近輸出端側(cè)處具備光隔離器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6中任意一項(xiàng)所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于， 所述反射單元的反射率比在所述傳輸光纖的斷線(xiàn)邊界面產(chǎn)生的菲涅爾反射耦合為反向包層模的耦合率大。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于， 所述傳輸光纖被配置在保護(hù)軟管中，而且，所述保護(hù)軟管中被流體介質(zhì)充滿(mǎn)，該流體介質(zhì)的折射率比空氣接近所述傳輸光纖的纖芯的折射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 6中任意一項(xiàng)所述的光強(qiáng)度監(jiān)控電路，其特征在于， 所述反射單元的反射率比耦合為所述傳輸光纖的反向包層模的瑞利散射的耦合率大， 所述檢測(cè)單元檢測(cè)在第一包層中傳播的反向包層模光的強(qiáng)度相對(duì)于在所述傳輸光纖的纖芯中傳播的激光的強(qiáng)度的隨時(shí)間的變化。
10.一種光纖激光器系統(tǒng)，其包括光纖激光器裝置、激光輸出端部和連接所述光纖激光器裝置以及所述激光輸出端部的傳輸光纖，其特征在于， 所述光纖激光器系統(tǒng)具備所述權(quán)利要求I 9中任意一項(xiàng)所記載的光強(qiáng)度監(jiān)控電路。
全文摘要
光纖激光器系統(tǒng)包括包含光纖激光器(11)的光纖激光器裝置(10)、激光輸出端部(20)、連結(jié)光纖激光器裝置(10)以及激光輸出端部(20)的傳輸光纖(30)。傳輸光纖(30)由雙包層光纖構(gòu)成。在傳輸光纖(30)的輸出端側(cè)設(shè)置有SFBG(31)，其反射在傳輸光纖(30)的纖芯中傳播的激光的一部分，來(lái)耦合成沿逆向在第一包層中傳播的反向包層模。而且，在傳輸光纖(30)的輸入端側(cè)設(shè)置有反向包層模光檢測(cè)部(32)，其檢測(cè)利用SFBG(31)耦合成反向包層模的反向包層模光的強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01J1/02GK102844942SQ201180017668
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
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