[发明专利]激光功率传感器

说明书

技术领域

本发明涉及激光系统，更具体地涉及配置有功率传感器单元的光纤激光器系统，所述功率传感器单元能够检测沿光纤传播的激光的瑞利散射，所述瑞利散射的量足以可靠地测量激光输出功率。

背景技术

检查激光器性能的最基本方法是测量其功率或能量输出。激光输出直接影响激光器的执行手头的工艺的能力。从最初制造出激光器时起，到系统集成整个过程，直到最终终端用户将在诸如医疗、科学、生物医学、工业和军事应用等远程应用中使用所述激光器系统，测量和监测这种参数常常都是非常重要的。正如存在具有广泛不同的规格的多种不同类型的激光器一样，存在适用于特定的激光器类型并且通常与具体的激光器规格相匹配的不同测量技术。

测量系统典型地包括功率传感器，所述功率传感器放置于激光束中，并且提供与激光器输入成正比的信号输出。第二部件是测光表。典型的功率传感器，即能够检测功率(连续波(CW)激光器的光功率输出或者脉冲或调制激光器的平均功率)的器件，具有包括分光器在内的结构。分光器配置为分接光束的预定部分。因此，使用分光器会引入对所发射光束的不希望的功率损耗。

对于包括光纤激光器在内的大功率激光器(本文特别感兴趣的激光器)，这种损耗因为对激光器系统的效率造成不利影响，因此可能是不可接受的。此外，这种功率损耗的必然利用导致了热的产生，从而降低了激光器系统的可靠性。

具体地参考光纤激光器，除了如上所述的损耗之外，还存在本征损耗，即在光纤中实际上不可避免的光损耗。本征光纤损耗是与光纤材料本身相关联的损耗，并且包括吸收和散射。清楚地是，对于手头的任务(即检测沿光纤传播的光的功率)而言，优先的是使用本征损耗，而不是产生不必要的附加损耗。

参考线性散射，如激光器领域的普通技术人员所知晓的，由于这种光学现象引起的功率损耗是由芯区材料中的缺陷和结与包层之间的不规则性引起的。最著名的线性散射类型-瑞利散射-可以是由玻璃中的微小的电介质不一致性的存在引起的。因为这些干扰相对于正在传播的波来说较小，遭受瑞利缺陷的光沿所有方向散射。散射光缺乏明确的方向性并且因此难以收集，使得检测工艺相当困难且不可靠。因此，限制了已知探测器的用途，所述已知探测器可操作用于感测在光沿光纤传播的同时根据瑞利机制散射的光。

因此，需要一种能够有效地检测沿光纤导引的散射光的传感器。

因此，还需要一种配置有功率传感器的光纤激光器系统，所述功率传感器配置为可靠地检测根据瑞利机制散射的光。

发明内容

公开了一种激光功率传感器单元的改进结构，其包括具有容纳一段光纤的凹口的壳体、光反射器和光电二极管；所述反射器和所述光电二极管在相反方向上与光纤段间隔开。本发明的传感器单元被配置为提供与通过校准的已鉴定传感器获得的实际光功率偏差在约±3％范围内的测量数据。这种范围小于业界接受的5％范围。

在一个方面，限定凹口-反射器的表面之一是弓形的，以便对入射到其上的大部分瑞利辐射进行反射。所述表面构建为具有在光纤后面形成的焦平面。配置本发明的单元使得光电二极管的光输入窗口位于焦平面上，这允许收集足够量的散射光，从而克服了已知的现有技术的主要困难：收集足够量的瑞利散射光。

在本发明的另一个方面，反射表面是不光滑的。不光滑的反射表面有效地减小了制造缺陷的不利影响，并且放松了在制造工艺期间通常会发生的容限。在另一个方面，对包括不光滑的反射表面的壳体进行镀金，这提供了具有高反射率和折射系数的长期可靠性的表面。

在本发明的再一个方面，通过封盖装置气密地密封凹口和探测器的光输入窗口，防止空气进入所述凹口。这种气密性提供了传感器的各种参数的附加稳定性、对于诸如背景曝光和增大的湿度之类的环境因素的增大的抵抗力，其中增大的湿度会导致在镜子上形成薄雾。

附图说明

通过结合附图阅读以下描述，本发明的以上和其他方面、特征和优点将变得清楚明白，其中类似的参考数值表示相同的元件。

图1A是本发明的激光功率传感器单元的正交视图；

图1B是图1A的传感器单元的正交分解视图；

图1C是在装配状态下的传感器单元的正交视图；

图1D是沿图1A的D-D线得到的传感器单元的截面图；

图1E是沿图1C的E-E线得到的传感器单元的截面图；以及

图2是配置有图1A-1E的传感器单元的光纤激光器系统的示意图；