本发明专利技术公开了一种红外激光功率检测装置及其应用，属于红外激光器领域，包括：固定连接的镜屋和功率计屋；镜屋呈圆筒状，其第二端中心开设有呈圆台形状的激光入射口；功率计屋呈圆筒状，其内部的功率采样面将其分为两个部分；功率采样面，其底面为圆形，其反射面的圆心处呈半径较小的圆锥体；由镜屋第二端的外端面、反射面以及功率计屋的侧壁包围构成衰减匀化区；功率采样面的圆形底面上内嵌了偶数支沿圆周均匀分布的功率探头，其中一半为采光的功率探头，用于采集含有噪声的激光功率，另一半为不采光功率探头，用于采集温度引起的噪声功率；两类功率探头交错间隔分布，且相邻功率探头之间反串联。本发明专利技术能够提高红外激光器功率的检测速度和精度。
【技术实现步骤摘要】
一种红外激光功率检测装置及其应用
本专利技术属于红外激光器领域，更具体地，涉及一种红外激光功率检测装置。
技术介绍
目前，机械切割在工业加工领域的性能逐渐不能满足现代生产的需求，激光切割以其效率高、加工精度高、人工成本低等优点成为新的加工方式。激光功率是高功率激光器中最主要的参量，激光输出功率对激光加工的质量有着极其重要的影响。对于CO激光器、CO2激光器等5-10微米波段的红外激光功率的高速检测一直没有较好的方案。传统的激光功率检测方法是在光路上设置旋转取样针，将部分光反射到功率探头上去进行功率检测，由于其需要将检测装置安装在高功率激光光路上，对操作人员具有安全风险，而且在光路调整时，需要同时调整功率检测装置的安装位置，否则会影响检测精度，另外，采样针的反射面污染也会影响采样精度。另外一种常用的方法是采用具有微小透过率(如0.3％或0.5％)的反射镜作为激光器尾镜，由于尾镜透射光与输出激光具有固定比例，通过对透射光功率的检测即可知道激光的输出功率，这样千瓦级的激光器的透射功率即可采用检测量程为数瓦或数十瓦的功率探头就可以进行检测，但是这种测试方法是让激光直接照射到功率探头上，要求传感器损伤阈值较高，提高其损伤阈值便会降低响应速度，通用的功率探头的响应速度基本在秒级，所以只能作为一般的功率显示，而不能作为功率的实时检测与功率反馈。而高速的碲镉汞红外光电探测器损伤阈值低，并且需要工作在零下的低温下，增加了应用的复杂性，限制了其应用范围。因此，提出一种能够实时、准确检测红外激光器的输出功率的装置，有着十分重要的实际意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种红外激光功率检测装置及其应用，其目的在于，提高红外激光器输出功率的检测速度和精度。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种红外激光功率检测装置，包括：镜屋和功率计屋；镜屋呈圆筒状，其第一端用于与红外激光器的谐振腔尾端固定连接，其第二端的端面中心开设有呈圆台形状的激光入射口，且激光入射口靠近镜屋第一端的一面开口半径大于另一面的开口半径；功率计屋呈圆筒状，其第一端与镜屋的第二端固定连接，其内部设置有功率采样面，且功率采样面将功率计屋分为两个部分；功率采样面，其底面为圆形且远离功率计屋的第一端，其另一面为反射面，反射面的圆心处呈半径较小的圆锥体；激光入射口、功率采样面的圆形底面、圆锥体以及红外激光器的谐振腔尾端均同轴设置；由镜屋第二端的外端面、反射面以及功率计屋的侧壁包围构成衰减匀化区；功率采样面的圆形底面上内嵌了偶数支沿圆周均匀分布的功率探头，其中一半为采光的功率探头，另一半为不采光的功率探头；采光的功率探头与衰减匀化区以小孔相通以采光，用于采集含有噪声的激光功率；不采光的功率探头不与衰减匀化区连通，用于采集温度引起的噪声功率；两类功率探头交错间隔分布，且相邻功率探头之间反串联，从而消除激光功率信号中有环境温度所带来的误差。工作时，红外激光器的谐振腔尾端透射的激光束经激光入射口入射到功率采样面的反射面上，该反射面上的小圆锥体能够以一定的角度反射直射而来的激光束，反射后的激光束进入衰减匀化区进行漫反射，由此能够防止部分激光照射到功率采样面后直接反射回激光器的谐振腔内，从而增加了衰减匀化区对于入射激光束的收集效率，降低了功率检测误差；最终，衰减匀化区内的激光功率会被采光的功率探头采集到，与此同时，不采光的功率探头会采集到由于温度引起的噪声功率，通过将两类功率探头反串联，能够消除激光功率信号中由温度引起的噪声，最终完成对红外激光器输出功率的检测。总的来说，本专利技术中，由于功率采样面的反射面的圆心处呈半径较小的圆锥，形成了一个具有特殊内反射面的衰减匀化区，能够使入射激光束发生漫反射衰减和匀化，增加了衰减匀化区对于入射激光束的收集效率，降低了功率检测误差，并且利用不采光的功率探头对采样信号进行温度补偿，能够有效提高红外激光功率检测的精度。本专利技术所提供的上述红外激光功率检测装置，适用于安装在红外激光器的谐振腔尾端，此时可实现千瓦级红外激光器的功率检测；也可安装在激光输出口做一般的功率检测，但仅能针对输出功率较小的红外激光器进行功率检测。进一步地，功率探头为热电堆红外测温传感器。热电堆红外测温传感器具有无需低温，并且能提供毫秒级的响应速度的特点，但是其损伤阈值低、对温度很敏感；本专利技术采用衰减匀化区对激光进行衰减匀化后，热电堆红外测温传感器对激光功率进行采样，配合温度补偿机制，能够在保证检测精度的情况下提高响应速度，从而可以满足千瓦级红外激光器的功率实时检测需求。进一步地，在功率采样面的圆形底面上，在功率探头的外周设置有恒温水冷却通道；恒温水冷却通道用于通入恒温水，进行散热。本专利技术利用恒温水冷却通道进行散热，能够进一步保证功率检测精度。进一步地，衰减匀化区的各表面及功率采样面均经过喷砂处理。本专利技术对衰减匀化区的各表面及功率采样面进行喷砂处理，能够增强散射效果，使得衰减匀化区内的光能量分布均匀，有利于提高检测精度。进一步地，激光入射口靠近镜屋第一端的一面开口半径大于入射激光束的半径，且激光入射口远离镜屋第一端的一面开口半径小于入射激光束的半径；利用这样的圆台结构，激光束经过激光入射口时，会过滤掉激光光斑的边缘衍射旁瓣，只采集中间对激光加工影响较大的光斑部分功率。进一步地，激光入射口与红外激光器的谐振腔尾端之间存在间隙，且镜屋的侧面安装有进气接头，进气接头的喷嘴位于激光入射口与红外激光器的谐振腔尾端之间；进气接头用于通入干燥气体，以保持红外激光器的镜片及装置腔体内表面干燥，从而避免衰减匀化区各表面的反射率发生变化。激光器的镜片以及衰减匀化区的各表面的反射率，会由于结露或被污染而发生变化；本专利技术设计进气接头，用于通入干燥气体，保持红外激光器的镜片及装置腔体内表面干燥，能够有效避免衰减匀化区各表面的反射率发生变化，从而保证到达功率探头的激光发生变化，保证了激光检测的准确性。进一步地，镜屋还包括：尾镜安装板、尾镜以及尾镜镜夹；尾镜安装板位于镜屋的第一端，尾镜和尾镜镜夹位于镜屋的腔内；尾镜安装板用于与红外激光器的谐振腔尾端固定连接，并使尾镜安装于红外激光器的谐振腔尾端，尾镜镜夹用于使尾镜与尾镜安装板相对固定。本专利技术通过在镜屋中设置尾镜及相关的安装固定部件，安装在激光器谐振腔尾端，对于不含尾镜的千瓦级红外激光器，也能实现正常的功率检测。进一步地，激光入射口与尾镜之间存在间隙，且镜屋的侧面安装有进气接头，进气接头的喷嘴位于激光入射口与尾镜之间；进气接头用于通入干燥气体，以保持红外激光器的镜片及装置腔体内表面干燥，从而避免衰减匀化区各表面的反射率发生变化。进一步地，尾镜的透过率为0.3％～0.5％。按照本专利技术的第二方面，提供了一种本申请第一方面提供的红外激光功率检测装置在激光加工领域的应用。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种红外激光功率检测装置，其特征在于，包括：镜屋(13)和功率计屋(14)；/n所述镜屋(13)呈圆筒状，其第一端用于与红外激光器的谐振腔尾端固定连接，其第二端的端面中心开设有呈圆台形状的激光入射口(5)，且所述激光入射口(5)靠近所述镜屋(13)第一端的一面开口半径大于另一面的开口半径；/n所述功率计屋(14)呈圆筒状，其第一端与所述镜屋(13)的第二端固定连接，其内部设置有功率采样面(4)，且所述功率采样面(4)将所述功率计屋(14)分为两个部分；/n所述功率采样面(4)，其底面为圆形且远离所述功率计屋(14)的第一端，其另一面为反射面，所述反射面的圆心处呈半径较小的圆锥体；所述激光入射口(5)、所述功率采样面(4)的圆形底面、所述圆锥体以及红外激光器的谐振腔尾端均同轴设置；由所述镜屋(13)第二端的外端面、所述反射面以及所述功率计屋(14)的侧壁包围构成衰减匀化区(2)；/n所述功率采样面(4)的圆形底面上内嵌了偶数支沿圆周均匀分布的功率探头(1)，其中一半为采光的功率探头(7)，另一半为不采光的功率探头(8)；所述采光的功率探头(7)与所述衰减匀化区(2)以小孔相通以采光，用于采集含有噪声的激光功率；所述不采光的功率探头(8)不与所述衰减匀化区(2)连通，用于采集温度引起的噪声功率；两类功率探头交错间隔分布，且相邻功率探头之间反串联从而消除激光功率信号中由环境温度所带来的误差。/n...
【技术特征摘要】
1.一种红外激光功率检测装置，其特征在于，包括：镜屋(13)和功率计屋(14)；
所述镜屋(13)呈圆筒状，其第一端用于与红外激光器的谐振腔尾端固定连接，其第二端的端面中心开设有呈圆台形状的激光入射口(5)，且所述激光入射口(5)靠近所述镜屋(13)第一端的一面开口半径大于另一面的开口半径；
所述功率计屋(14)呈圆筒状，其第一端与所述镜屋(13)的第二端固定连接，其内部设置有功率采样面(4)，且所述功率采样面(4)将所述功率计屋(14)分为两个部分；
所述功率采样面(4)，其底面为圆形且远离所述功率计屋(14)的第一端，其另一面为反射面，所述反射面的圆心处呈半径较小的圆锥体；所述激光入射口(5)、所述功率采样面(4)的圆形底面、所述圆锥体以及红外激光器的谐振腔尾端均同轴设置；由所述镜屋(13)第二端的外端面、所述反射面以及所述功率计屋(14)的侧壁包围构成衰减匀化区(2)；
所述功率采样面(4)的圆形底面上内嵌了偶数支沿圆周均匀分布的功率探头(1)，其中一半为采光的功率探头(7)，另一半为不采光的功率探头(8)；所述采光的功率探头(7)与所述衰减匀化区(2)以小孔相通以采光，用于采集含有噪声的激光功率；所述不采光的功率探头(8)不与所述衰减匀化区(2)连通，用于采集温度引起的噪声功率；两类功率探头交错间隔分布，且相邻功率探头之间反串联从而消除激光功率信号中由环境温度所带来的误差。
2.如权利要求1所述的红外激光功率检测装置，其特征在于，所述功率探头(1)为热电堆红外测温传感器。
3.如权利要求1所述的红外激光功率检测装置，其特征在于，在所述功率采样面(4)的圆形底面上，在功率探头(1)的外周设置有恒温水冷却通道(18)；
所述恒温水冷却通道(18)用于通入恒温水，进行散热。
4.如权利要求1所述的红外激光功率检测装置，其特征在于，所述衰减匀化区(2)的各表面及功率采样面(4)均经...
【专利技术属性】
技术研发人员：李波，方奇，贺昌玉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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