CN104655408A - 激光功率监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光功率监测装置，设在尾镜透射过激光的一侧，并且位于激光传播的路径上，其包括控制单元、吸收体、漫反射体和光敏传感器；其中，控制单元与吸收体、漫反射体和光敏传感器进行电信号连接；吸收体与尾镜相对，其上开设有第一通光孔；漫反射体设置在吸收体出光的一侧，并且两者之间存在一个让激光进行反射的空间；漫反射体上开设有接线孔和第二通光孔；光敏传感器设置在漫反射体出光的一侧，并且与第二通光孔相对应，其靠近第二通光孔的一端开设有采光孔。本发明公开的激光功率监测装置采用光敏传感器对高功率二氧化碳激光器的输出功率进行检测，其响应时间极短，满足激光加工行业对激光功率快速实时反馈的要求。

Description

激光功率监测装置

技术领域

本发明属于激光工艺应用领域，具体涉及一种激光功率监测装置，用于实时监控高功率二氧化碳激光器的输出功率。

背景技术

激光功率的大小是激光工艺参数的重要指标，只有合适的激光功率才能保障激光器和光路***长时间稳定工作，同时也是实现最佳加工质量的决定因素。如图1所示，现有常用的激光功率监测装置包括热敏传感器和控制单元(图中未示)。激光器的谐振腔发出激光，经过尾镜透射出0.5％甚至更低功率的激光束，照在热敏传感器上，引起热敏传感器温度的变化，并转换成电信号；控制单元接收电信号，并进行标定；最后，对外显示监测到的激光器实际输出功率。

上述现有方案中所采用的热敏传感器响应时间较长、反应不灵敏、不能及时反馈激光器实际输出功率，以致激光设备进行穿孔以及尖角切割时的加工质量无法达到预期的效果。而光敏传感器具有响应时间短的优势，但是功率阈值极低，不能承受瓦级激光的照射，无法得到应用和推广。

发明内容

本发明实施例的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种激光功率监测装置，满足激光加工行业对激光器输出功率快速实时反馈的要求。

本发明实施例的技术方案是这样的：

一种激光功率监测装置，用于实时监控高功率二氧化碳激光器的输出功率，其设置在尾镜透射过激光的一侧，并且位于激光传播的路径上，其包括控制单元、吸收体、漫反射体和至少一个光敏传感器；所述控制单元与吸收体、漫反射体和光敏传感器进行电信号连接；所述吸收体与所述尾镜相对，其上开设有第一通光孔；所述漫反射体设置在所述吸收体出光的一侧，并且两者之间存在一个让激光进行反射的空间；所述漫反射体上开设有一个接线孔和至少一个第二通光孔；所述光敏传感器设置在所述漫反射体出光的一侧，并且与所述第二通光孔相对应，其靠近所述第二通光孔的一端开设有采光孔。

进一步说明，所述第一通光孔为圆台状，其横截面呈梯形，其靠近所述尾镜一端的孔径大于激光束的直径，其靠近所述漫反射体一端的孔径小于激光束的直径。

进一步说明，所述吸收体靠近所述尾镜一端为普通加工面，所述第一通光孔内壁以及所述吸收体靠近所述漫反射体一端均为光滑表面。

进一步说明，所述吸收体通入有循环流动的冷却水进行散热。

进一步说明，所述漫反射体与所述吸收体相对的一面为经过磨砂加工的漫反射面。

进一步说明，所述漫反射体边缘通过导热模块与所述吸收体固定在一起。

进一步说明，所述吸收体与漫反射体均为铝合金材料加工而成。

进一步说明，所述第二通光孔设置在激光直射的范围之外。

进一步说明，所述第二通光孔的孔径小于所述第一通光孔靠近漫反射体一端的孔径。

进一步说明，所述光敏传感器有多个，均匀分布，而且为并联的布局结构。

本发明所提供的激光功率监测装置带来的有益效果是：从尾镜透射出的激光在经过吸收体和漫反射体时会被反射和吸收，使得激光能量衰减到光敏传感器的功率阈值范围内，避免因为激光功率过高而损坏光敏传感器，充分发挥光敏传感器响应时间短的优势，满足激光加工行业对高功率二氧化碳激光器输出功率快速实时反馈的要求。

附图说明

图1是现有激光功率监测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的激光功率监测装置的结构示意图；

图3是图2所示实施例中吸收体的结构示意图；

图4是激光经过吸收体和漫反射体时的示意图；

图5是图2所示实施例中漫反射体的结构示意图；

图6是激光经过第二通光孔到达光敏传感器的示意图。

附图标记说明：1-吸收体、2-漫反射体、3-光敏传感器、11-第一通光孔、12-吸收体靠近尾镜的一端、13-吸收体靠近漫反射体的一端、21-第二通光孔、22-漫反射体与吸收体相对的一端、23-接线孔、31-采光孔、111-第一通光孔的内壁

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种激光功率监测装置，适用于波长为10.6μm的二氧化碳激光器。该激光功率监测装置设在尾镜透射过激光的一侧，并且位于激光传播的路径上。

如图2所示，该激光功率监测装置包括控制单元(图中未示)、吸收体1、漫反射体2和光敏传感器3。具体而言，控制单元与吸收体1、漫反射体2和光敏传感器3进行电信号连接；吸收体1与尾镜相对，其上开设有第一通光孔11；漫反射体2设置在吸收体1出光的一侧，并且两者之间存在一个让激光进行反射的空间；漫反射体2上开设有接线孔(图中未示)和第二通光孔21；光敏传感器3设置在漫反射体2出光的一侧，并且与第二通光孔21相对应，其靠近第二通光孔21的一端开设有采光孔(图中未标)。

如图3所示，第一通光孔11为圆台状，其横截面呈梯形，其靠近尾镜一端的孔径D大于激光束的直径，其靠近漫反射体2一端的孔径d小于激光束的直径。这样，从尾镜透射出来的激光在经过吸收体1的时候，一部分会被吸收体1直接吸收或反射，另一部分则通过第一通光孔11到达漫反射体2的表面。

在本实施例中，吸收体1靠近尾镜的一端12为普通加工面，第一通光孔11的内壁111以及吸收体1靠近漫反射体2的一端13均为光滑表面。激光照在光滑表面上可以进行多次反射，有利于吸收体1吸收更多的激光。

在本实施例中，吸收体1通入有循环流动的冷却水，带走吸收体1由于吸收激光而产生的热量，保证激光功率监测装置的可靠性和稳定性。

如图4所示，漫反射体2与吸收体1相对的一端22为经过磨砂加工的漫反射面。穿过第一通光孔11的激光会在漫反射体2的表面22上发生漫反射。一部分会直接被反射回去，如光线L1、L1'、L1〃；另一部分会在吸收体1的表面13和漫反射体2的表面22之间发生多次反射，光束的能量被吸收体1和漫反射体2大量吸收，如光线L2、L2'、L2〃。

在本实施例中，漫反射体2的边缘通过导热模块(图中未示)与吸收体1固定在一起，提高漫反射体2的散热能力。

在本实施例中，吸收体1与漫反射体2均为铝合金材料加工而成，也可以使用其他导热良好的材料替代。

在本实施例中，第二通光孔21设置在激光直射的范围之外。这样，激光在入射到第二通光孔21之前必须在吸收体1和漫反射体2之间发生多次反射，使得光束的能量被大量吸收。

第二通光孔21的孔径小于第一通光孔11靠近漫反射体2一端的孔径d。在本实施例中，第二通光孔21的孔径为0.5mm。这样，只有少量激光才能入射到第二通光孔21内，大部分激光会被漫反射体2直接反射或吸收。

在本实施例中，第二通光孔21的内壁为光滑表面。激光在被光敏传感器3的采光孔接收之前，会在第二通光孔21内发生多次反射，光束能量被漫反射体2大量吸收。

如图5所示，漫反射体2上均匀开设有五个第二通光孔21和一个接线孔23。相应地，光敏传感器3也有五个，与第二通光孔21一一对应，而且五个光敏传感器3为并联的布局结构。这样可以有效防止个别光敏传感器3接收到的光线过弱而存在较大的误差或无法检测，保证激光功率监测装置的可靠性和准确性。

如图2和图6所示，本发明实施例所提供的激光功率监测装置的工作过程大致如下：

二氧化碳激光器的谐振腔发出激光，经过尾镜透射出0.5％甚至更低功率的光束；透射光到达吸收体1处，一部分会被直接吸收或反射，另一部分则穿过第一通光孔11照在漫反射体2的表面；到达漫反射体2处的激光，一部分会被直接吸收或反射，另一部分则在吸收体1和漫反射体2之间发生多次反射；少量激光入射到第二通光孔21，并在孔内发生多次反射，最后到达采光孔31处；光敏传感器3接收到激光后，发送电信号给控制单元；控制单元对电信号进行处理，得出激光器的实际输出功率。

从上述该激光功率监测装置的工作过程可见，激光在被光敏传感器接收之前，会被吸收体和漫反射体大量吸收光束能量，使得激光衰减到光敏传感器的功率阈值范围内，避免因为激光功率过高而损坏光敏传感器，充分发挥光敏传感器响应时间短的优势，满足激光加工行业对高功率二氧化碳激光器输出功率快速实时反馈的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光功率监测装置，用于实时监控高功率二氧化碳激光器的输出功率，其设置在尾镜透射过激光的一侧，并且位于激光传播的路径上，其特征在于：包括控制单元、吸收体、漫反射体和至少一个光敏传感器；所述控制单元与吸收体、漫反射体和光敏传感器进行电信号连接；所述吸收体与所述尾镜相对，其上开设有第一通光孔；所述漫反射体设置在所述吸收体出光的一侧，并且两者之间存在一个让激光进行反射的空间；所述漫反射体上开设有一个接线孔和至少一个第二通光孔；所述光敏传感器设置在所述漫反射体出光的一侧，并且与所述第二通光孔相对应，其靠近所述第二通光孔的一端开设有采光孔。

2.根据权利要求1所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述第一通光孔为圆台状，其横截面呈梯形，其靠近所述尾镜一端的孔径大于激光束的直径，其靠近所述漫反射体一端的孔径小于激光束的直径。

3.根据权利要求2所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述吸收体靠近所述尾镜一端为普通加工面，所述第一通光孔内壁以及所述吸收体靠近所述漫反射体一端均为光滑表面。

4.根据权利要求3所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述吸收体通入有循环流动的冷却水进行散热。

5.根据权利要求1所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述漫反射体与所述吸收体相对的一面为经过磨砂加工的漫反射面。

6.根据权利要求5所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述漫反射体边缘通过导热模块与所述吸收体固定在一起。

7.根据权利要求6所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述吸收体与漫反射体均为铝合金材料加工而成。

8.根据权利要求1所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述第二通光孔设置在激光直射的范围之外。

9.根据权利要求8所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述第二通光孔的孔径小于所述第一通光孔靠近漫反射体一端的孔径。

10.根据权利要求1所述的激光功率监测装置，其特征在于：所述光敏传感器有多个，均匀分布，而且为并联的布局结构。