一种光纤激光器转换效率修正方法、设备、介质及产品与流程

本发明涉及光纤激光器转换效率修正领域，特别是涉及一种光纤激光器转换效率修正方法、设备、介质及产品。

背景技术：

1、光纤激光器具有光束质量好、效率高、结构紧凑等诸多优势，在工业、国防、科研、医疗等多个领域有广泛的应用前景。光纤激光器以掺稀土元素光纤为增益介质，泵浦光在增益光纤内形成高功率分布，驱动掺杂离子大量向上能级跃迁，实现粒子数反转。位于高能级的掺杂离子在诱导光子作用下受激辐射，发出与诱导光子量子数相同的大量辐射光子，实现激光过程。

2、在整个激光实现过程中，泵浦源是必不可少的。目前在全光纤激光器中，主要通过半导体光纤激光器（laser diode，ld）作为泵浦源，ld通过芯片将电能转换成特定波长的激光能量，通常电光能量转换效率在40%~60%之间，其余能量主要以热量形式散发，当散热能力不足时，ld连续工作后会导致自身温度显著升高，并进而引起输出性能变化。目前主流的高功率光纤激光器以掺镱元素为主，常用的ld泵浦源波长为900~1000nm之间，这主要取决于镱离子的吸收谱特性来进行波长设计。

3、为解决ld在不同功率下发生出现的波长变化问题，一些ld逐渐采用了反射式体布拉格光栅（volume bragg grating，vbg）来控制输出波长，使其始终维持在设定波长附近，并且线宽显著变窄，实现大功率范围波长锁定，以改善ld的光谱特性(cn113131336,cn112652950，cn113258436，cn112271550)。其主要原理为通过在光纤激光器芯片前端安装反射式vbg，与芯片后腔面构成谐振腔。通过vbg的窄衍射光带宽特性，以vbg的衍射光作为种子光源实现谐振，从而稳定中心波长并减小光谱线宽，典型的光谱线宽可以压缩到0.1nm，并且温度漂移系数可以降低到0.01 nm/℃，对温度的脱敏性实现了显著的改善。

4、使用vbg锁波后，ld发射波长稳定在镱吸收截面976 nm峰值附近，这保证了在不同电流下的吸收峰位置相同，理论上消除了泵浦波长 λ p对转换效率 η( x，λ p ，p p)的影响，通过对不同泵浦功率 p p的 η( x,p p)求平均，可以得到真实转换效率 η( x)。然而，尽管锁波ld具有出色的光谱特性，但通常需要一定的内部温度才能进入稳定的锁定状态，难以在全电流下实现锁定。此外，不同制造商、设计和型号的锁波ld的锁定阈值电流以及锁定前后的光谱特性差异显著，实际操作中无法完全达到预期效果，难以简单通过采用锁波ld来获取真实转换效率 η( x)，以消除泵浦源引入的测量偏差和干扰。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光纤激光器转换效率修正方法、设备、介质及产品，以解决无法获取真实转换效率，导致无法消除泵浦源引入的测量偏差和干扰。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种光纤激光器转换效率修正方法，包括：

4、获取半导体光纤激光器ld在设定条件下输出的泵浦功率、ld波长处的归一化光谱强度以及增益光纤在波长处的未吸收残余系数；所述设定条件包括设定电流以及设定冷却液温度；所述泵浦功率在不同波长成分上的功率密度按照所述设定电流下ld输出光谱分布；

5、根据所述泵浦功率、所述归一化光谱强度以及所述未吸收残余系数确定增益光纤对ld的吸收功率；

6、根据所述吸收功率确定有效泵浦功率；

7、根据所述有效泵浦功率确定有效泵浦因子；

8、通过ld给光纤激光器注入所述泵浦功率时，获取光纤激光器的实际输出功率；

9、根据所述实际输出功率以及所述泵浦功率确定修正前的转换效率；

10、根据所述有效泵浦因子以及所述修正前的转换效率确定修正后的转换效率；所述修正后的转换效率的平均值为所述光纤激光器的真实转换效率。

11、可选的，所述吸收功率为：

12、；

13、其中，为吸收功率，为设定电流，为设定冷却液温度，为ld波长，为泵浦功率；为归一化光谱强度；为未吸收残余系数，为波长范围。

14、可选的，所述有效泵浦功率为：

15、；

16、其中，为有效泵浦功率，为光纤吸收截面，为增益光纤掺杂粒子数密度，为增益光纤中泵浦填充因子，为光纤测试结果在波长为nm处的单位吸收强度，为光纤测试结果在波长为nm处的吸收截面，为光纤常数，为光纤长度。

17、可选的，所述有效泵浦因子为：

18、；

19、其中，为有效泵浦因子。

20、可选的，所述修正后的转换效率为：

21、；

22、其中，为修正后的转换效率，为当ld向光纤输入泵浦功率时光纤激光器的实际输出功率，为中被吸收泵浦功率，为修正前的转换效率。

23、一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述光纤激光器转换效率修正方法。

24、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述光纤激光器转换效率修正方法。

25、一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述光纤激光器转换效率修正方法。

26、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

27、本发明通过通过引入有效泵浦因子，将归一化光谱强度的信息考虑进转换效率计算中，避免了由于外界ld变量引起的对于真实转换效率的干扰，计算出的修正后的转换效率即可认为是只与光纤激光器自身因素相关的真实转换效率，修正后的转换效率的数值不随电流变化而变化，从而在光纤激光器测试中排除泵浦源属性对转换效率的影响，以获得光纤激光器准确的真实转换效率，进而对光纤激光器的设计参数进行优化和改进，本发明在不同泵浦源情况下均获得相同的真实转换效率，以消除泵浦源引入的测量偏差和干扰。

技术特征：

1.一种光纤激光器转换效率修正方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光纤激光器转换效率修正方法，其特征在于，所述吸收功率为：

3.根据权利要求2所述的光纤激光器转换效率修正方法，其特征在于，所述有效泵浦功率为：

4.根据权利要求3所述的光纤激光器转换效率修正方法，其特征在于，所述有效泵浦因子为：

5.根据权利要求4所述的光纤激光器转换效率修正方法，其特征在于，所述修正后的转换效率为：

6.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-5中任一项所述光纤激光器转换效率修正方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述光纤激光器转换效率修正方法。

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述光纤激光器转换效率修正方法。

技术总结本发明提供一种光纤激光器转换效率修正方法、设备、介质及产品，涉及光纤激光器转换效率修正领域，方法包括：获取半导体光纤激光器LD在设定条件下输出的泵浦功率、LD波长处的归一化光谱强度以及增益光纤在波长处的未吸收残余系数，确定增益光纤对LD的吸收功率；根据吸收功率确定有效泵浦功率；根据有效泵浦功率确定有效泵浦因子；通过LD给光纤激光器注入泵浦功率时，获取光纤激光器的实际输出功率；根据实际输出功率以及泵浦功率确定修正前的转换效率；根据有效泵浦因子以及修正前的转换效率确定修正后的转换效率；所述修正后的转换效率的平均值为所述光纤激光器的真实转换效率。本发明能够获取真实转换效率，消除泵浦源引入的测量偏差和干扰。技术研发人员：李峰云,史仪,张春,黄伶俐,楚秋慧,舒强,张昊宇,闫玥芳,董克攻,冯玉祥,李芳,王信宇,陶汝茂,高聪受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心技术研发日：技术公布日：2024/7/29