CN211717618U - 高功率激光功率计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光检测设备技术领域，公开了一种高功率激光功率计，包括内置有高功率分光镜的机壳、激光功率计探头、激光功率计表头、控制盒以及吸光装置，机壳相对的两个侧面上分别开设有激光输入口和透射激光出口，机壳的另一侧面上开设有反射激光出口；激光功率计探头安装于透射激光出口，吸光装置安装于反射激光出口，激光功率计探头通过激光功率计表头电连接于控制盒内的中央处理器，中央处理器集成有比例运算器；控制盒的表面安装有功率显示屏，功率显示屏电连接于中央处理器。该高功率激光功率计可以使用小量程激光功率计来测量大功率激光，成本低，维护维修简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光检测设备技术领域，尤其涉及一种高功率激光功率计。
背景技术
随着激光技术的发展，激光器在通信医疗、工业制造、民用军工产品等领域的应用日渐广泛，而激光器的功率检测是激光检测技术领域的一个重要技术部分，激光器的功率检测对应激光器的连续输出的峰值功率、脉冲能量、脉冲峰值功率。
目前广泛使用的是光电型光功率计和热释电型光功率计。光电型光功率计是利用半导体的光电效应实现功率测量，当激光照射在光电型光功率计的探测光敏面时，其中的PN结回路内会形成光电流，入射激光功率越大，光电流越大，通过对光电流进行测量就能得知入射激光的功率大小。热释电型光功率计是利用吸光材料的热释电效应来测量激光功率的，热释电效应是指极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变使得吸光材料两端出现电压或电流，通过测量电势差的大小可以得知入射激光的功率。
热释电型光功率计的优点是功率可测范围大，覆盖光谱范围广，但是响应时间较长，而且在大功率测量领域，热释电型光功率计的成本很高。光电型光功率计的优点是响应时间较快，但是其光谱覆盖范围较窄，而且可测功率范围也较窄，一般在低功率测量领域使用。
目前6kW以上的激光器逐渐成为市场主流，而6kW以上的激光功率计只能依赖进口，售价高昂，而且维护以及维修周期长，成本太高。生产激光器的工艺过程、售后过程中又多次需要用到激光功率计。由于6kW以上的激光功率计各方面成本太高，也间接导致高功率激光器制造成本高，销售价格居高不下。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种高功率激光功率计，用以解决现有的高功率激光功率计依赖进口、成本高且维护维修周期长的问题。
本实用新型实施例提供一种高功率激光功率计，包括内置有高功率分光镜的机壳、激光功率计探头、激光功率计表头、控制盒以及吸光装置，所述机壳相对的两个侧面上分别开设有激光输入口和透射激光出口，所述机壳的另一侧面上开设有反射激光出口；所述高功率分光镜用于将入射激光束分成透射激光束和反射激光束；
所述激光功率计探头安装于所述透射激光出口，以接收所述透射激光束；所述吸光装置安装于所述反射激光出口，以吸收所述反射激光束；所述激光功率计探头通过所述激光功率计表头电连接于所述控制盒内的中央处理器，所述中央处理器集成有比例运算器；所述控制盒的表面安装有功率显示屏，所述功率显示屏电连接于所述中央处理器。
其中，所述吸光装置包括激光吸收腔以及设置于所述激光吸收腔内的锥形反射面，所述锥形反射面用于将所述反射激光束散射至所述激光吸收腔的内壁。
其中，所述激光吸收腔的外部设置有冷却水道。
其中，所述冷却水道呈螺旋状环绕设置于所述激光吸收腔的外部。
其中，所述激光吸收腔的内壁面设有黑色的阳极氧化膜。
其中，所述高功率分光镜的透过率不大于千分之二。
其中，所述高功率分光镜倾斜设置于所述机壳内，且倾斜角度为45°。
其中，所述激光功率计探头的类型包括热电堆型、光电二极管型或者热释电型。
本实用新型实施例提供的高功率激光功率计，包括内置有高功率分光镜的机壳、激光功率计探头、激光功率计表头、控制盒以及吸光装置，通过高功率分光镜将入射激光束分成透射激光束和反射激光束，通过激光功率计探头接收透射激光束后，再通过激光功率计表头转化为功率值的电信号，经控制盒内的中央处理器进行比例运算后得到检测功率，最后通过功率显示屏输出；吸光装置则用于吸收反射激光束。该高功率激光功率计通过把入射的激光束的大部分激光能量反射吸收，小部分激光能量透射，再用小量程的激光功率计测量小部分透射激光能量的功率值，最后计算得到整个激光束的功率值，因而可以使用小量程激光功率计来测量大功率激光，在同等量程下对比进口的热释电型光功率计的成本降低了九成以上，成本低，维护维修简单。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例中的一种高功率激光功率计的结构示意图；
附图标记说明：
1、高功率分光镜； 2、机壳； 3、激光功率计探头；
4、激光功率计表头； 5、控制盒； 6、吸光装置；
61、激光吸收腔； 62、锥形反射面； 63、冷却水道；
7、入射激光束； 8、透射激光束； 9、反射激光束；
10、激光器。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型实施例中的具体含义。
如图1所示，本实用新型实施例提供的一种高功率激光功率计，包括内置有高功率分光镜1的机壳2、激光功率计探头3、激光功率计表头4、控制盒5以及吸光装置6，机壳2相对的两个侧面上分别开设有激光输入口和透射激光出口，机壳2的另一侧面上开设有反射激光出口。高功率分光镜1用于将入射激光束7分成透射激光束8和反射激光束9。
激光功率计探头3安装于透射激光出口，以接收透射激光束8。吸光装置6安装于反射激光出口，以吸收反射激光束9。激光功率计探头3通过激光功率计表头4电连接于控制盒5内的中央处理器，中央处理器集成有比例运算器。控制盒5的表面安装有功率显示屏，功率显示屏电连接于中央处理器。
具体地，高功率分光镜1的透过率很低，且最大功率密度阈值较高，因而可以将入射激光束的大部分激光能量反射，小部分激光能量透射。高功率分光镜1的最大激光阈值决定了本实施例中的高功率激光功率计的使用上限，其能测量的最高功率为15kW。因而激光功率计探头3和激光功率计表头4的最大量程只需要满足高功率分光镜1的最大功率密度阈值所对应的功率值即可，无需使用更大的量程，例如，本实施例中使用的是量程为30瓦的激光功率计探头3和激光功率计表头4。继而可以低成本地将小量程的激光功率计改造为大量程的激光功率计，节约大量生产成本，同时还可以将现有的使用频率较少的小量程激光功率计改造后重新投入使用，也节约了采购成本。
如图1所示，机壳2可以采用立方形壳体，高功率分光镜1可以倾斜地安装于机壳2内，倾斜角度可以根据使用需要进行选择，可以在40°至50°之间，本实施例中以45°角为例进行说明。机壳2的下侧面开设有激光输入口，激光输入口处还可以设置有激光器安装座，用于安装待检测的激光器10，使得激光器10的出光口可以正对激光输入口，将激光射入机壳2内。机壳2的上侧面开设有透射激光出口，机壳2的左侧面开设有反射激光出口，当入射激光束7从激光输入口射入机壳2后，被高功率分光镜1分成两路光束，一束透射激光束8从透射激光出口射出，且透射激光束8的出射方向平行于入射激光束7的入射方向；另一束反射激光束9从反射激光出口射出，且反射激光束9的出射方向垂直于入射激光束7的入射方向。
透射激光束8从透射激光出口射出后被激光功率计探头3，然后经过激光功率计表头4进行处理转换为功率值的电信号，输送至控制盒5内的中央处理器。具体地，激光功率计探头3的类型包括热电堆型、光电二极管型或者热释电型。其中，热电堆型探头由在超宽波长范围内光谱响应相对平坦的材料制造而成，它们适用于宽带光源(例如LED和SLDC)的功率测量，热电堆型探头的输出电压正比于输入光功率。光电二极管型探头主要设计用于单色光源或者接近单色光源的功率测量，该探头根据输入光功率和波长输出电流；光电二极管型探头还可以集成有跨阻放大器，通过将输出电流输入到跨阻放大器中，进而输出一个正比于输入电流的电压。热释电能量计探头通过热释电效应产生一个输出电压，适合测量脉冲光源，具有被探测器的时间常数限制的重复率；该探头输出正比于输入脉冲能量的峰值电压。相应地，激光功率计表头4需要与激光功率计探头3的类型相匹配，并酌情考虑测量电流或者电压。激光功率计探头3的响应校准数据存储在它们的接头内，激光功率计表头4将根据用户输入的波长来读出响应值并计算功率，然后将功率值通过标准的模拟信号输出。
控制盒5内的中央处理器接收到激光功率计表头4输出的功率值的电信号以后，通过内部的比例运算器，结合比例运算器内预存的比例系数，将小量程的激光功率计表头4的实测功率值进行数值放大处理，变为高功率的激光器10的检测功率，并通过功率显示屏输出。中央处理器包括运算器和控制器，运算器的基本功能是完成对各种数据的加工处理，例如算术四则运算，与、或、求反等逻辑运算，比较数值等。更具体地，可以直接采用51单片机，由微控制MCU芯片完成数据分析和处理工作。
其中，比例运算器预存的比例系数可以利用标准功率计标定得到，标定时可以利用激光器10在一个或者多个功率值下出光，先利用标准激光功率计记录第一功率值，在利用本实施例中的高功率激光功率计的激光功率计表头4记录第二功率值，第一功率值和第二功率值的比值即为比例系数。整个运算的根本就是首先通过一个标准功率计做比对来测定高功率分光镜1的实际透光率，再用小量程的激光功率计表头4读数除以实际透光率就是激光器10的完整功率。
在一个具体的实施例中，激光器10分别按20％、40％、60％、80％、100％共5档出光，用标准激光功率计记录下功率数值W1、W2、W3、W4、W5；再使用本实施例中的高功率激光功率计记录激光器10在5档出光下，通过激光功率计表头4输出的激光功率值P1、P2、P3、P4、P5；分别将对应的第一功率值除以第二功率值，得出比例系数Z1、Z2、Z3、Z4、Z5，将Z1～Z5输入到比例运算器内；再次使用本实施例中的高功率激光功率计记录激光器10分别在5档出光下，控制盒5显示的功率值pW1、pW2、pW3、pW4、pW5；将pW1-5与W1-5对比，误差不超过±2％即可确定标定完成。比如当本实施例中的高功率激光功率计用于5kW的激光器测量用时，1kW以下的检测功率是使用比例系数Z1得到的，1kW到2kW之间的检测功率是使用比例系数Z2得到的……4kW到5kW之间的检测功率是使用比例系数Z5得到的。标定过后只要在量程范围内，不需要重新标定。理论上激光器10的功率与小量程的激光功率计表头4的输出功率属于线性关系，采用单档标定即可。在实际使用发现会有一些偏差，采用5档参数分别计算可以提高结果准确度。
本实施例提供的一种高功率激光功率计，包括内置有高功率分光镜的机壳、激光功率计探头、激光功率计表头、控制盒以及吸光装置，通过高功率分光镜将入射激光束分成透射激光束和反射激光束，通过激光功率计探头接收透射激光束后，再通过激光功率计表头转化为功率值的电信号，经控制盒内的中央处理器进行比例运算后得到检测功率，最后通过功率显示屏输出；吸光装置则用于吸收反射激光束。该高功率激光功率计通过把入射的激光束的大部分激光能量反射吸收，小部分激光能量透射，再用小量程的激光功率计测量小部分透射激光能量的功率值，最后计算得到整个激光束的功率值，因而可以使用小量程激光功率计来测量大功率激光，在同等量程下对比进口的热释电型光功率计的成本降低了九成以上，成本低，维护维修简单。
进一步地，如图1所示，吸光装置6包括激光吸收腔61以及设置于激光吸收腔61内的锥形反射面62，锥形反射面62用于将反射激光束9散射至激光吸收腔61的内壁。具体地，锥形反射面62采用铝合金加工成圆锥状，同时圆锥表面保持本色，粗糙度可以为0.8，有利于将反射激光束9均匀散射至激光吸收腔61的内壁上被吸收掉并转化为热量。
更进一步地，激光吸收腔61的内壁面设有黑色的阳极氧化膜。激光吸收腔61可以采用铝合金加工成圆筒状，内表面进行黑色阳极氧化，有利于激光的吸收。
更进一步地，激光吸收腔61的外部设置有冷却水道63。冷却水道63内可以流通冷却水或者其他冷却液，如导热油等等，加快激光吸收腔61的散热。冷却水道63还可以呈螺旋状环绕设置于激光吸收腔61的外部，进一步提高散热效果。
进一步地，高功率分光镜1的透过率不大于千分之二。本实施例中的高功率分光镜1具有三个相关参数：使用波长、最大功率密度阈值和透过率。使用波长是根据用于测试哪种波长的激光器10而定；最大功率密度阈值和透过率是根据选择的小量程功率计的量程和最终目标量程来裁定的。在一个具体的实施例中，高功率分光镜1的使用波长为900nm～1200nm，透过率为万分之四，最大功率密度阈值为500MW/cm2。
通过以上实施例可以看出，本实用新型提供的高功率激光功率计，包括内置有高功率分光镜的机壳、激光功率计探头、激光功率计表头、控制盒以及吸光装置，通过高功率分光镜将入射激光束分成透射激光束和反射激光束，通过激光功率计探头接收透射激光束后，再通过激光功率计表头转化为功率值的电信号，经控制盒内的中央处理器进行比例运算后得到检测功率，最后通过功率显示屏输出；吸光装置则用于吸收反射激光束。该高功率激光功率计通过把入射的激光束的大部分激光能量反射吸收，小部分激光能量透射，再用小量程的激光功率计测量小部分透射激光能量的功率值，最后计算得到整个激光束的功率值，因而可以使用小量程激光功率计来测量大功率激光，在同等量程下对比进口的热释电型光功率计的成本降低了九成以上，成本低，维护维修简单。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种高功率激光功率计，其特征在于，包括内置有高功率分光镜的机壳、激光功率计探头、激光功率计表头、控制盒以及吸光装置，所述机壳相对的两个侧面上分别开设有激光输入口和透射激光出口，所述机壳的另一侧面上开设有反射激光出口；所述高功率分光镜用于将入射激光束分成透射激光束和反射激光束；
所述激光功率计探头安装于所述透射激光出口，以接收所述透射激光束；所述吸光装置安装于所述反射激光出口，以吸收所述反射激光束；所述激光功率计探头通过所述激光功率计表头电连接于所述控制盒内的中央处理器，所述中央处理器集成有比例运算器；所述控制盒的表面安装有功率显示屏，所述功率显示屏电连接于所述中央处理器。
2.根据权利要求1所述的高功率激光功率计，其特征在于，所述吸光装置包括激光吸收腔以及设置于所述激光吸收腔内的锥形反射面，所述锥形反射面用于将所述反射激光束散射至所述激光吸收腔的内壁。
3.根据权利要求2所述的高功率激光功率计，其特征在于，所述激光吸收腔的外部设置有冷却水道。
4.根据权利要求3所述的高功率激光功率计，其特征在于，所述冷却水道呈螺旋状环绕设置于所述激光吸收腔的外部。
5.根据权利要求2所述的高功率激光功率计，其特征在于，所述激光吸收腔的内壁面设有黑色的阳极氧化膜。
6.根据权利要求1所述的高功率激光功率计，其特征在于，所述高功率分光镜的透过率不大于千分之二。
7.根据权利要求1所述的高功率激光功率计，其特征在于，所述高功率分光镜倾斜设置于所述机壳内，且倾斜角度为45°。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的高功率激光功率计，其特征在于，所述激光功率计探头的类型包括热电堆型、光电二极管型或者热释电型。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |