CN104251736A - 一种激光器的在线功率检测方法和功率检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氙灯泵浦激光器的功率检测技术领域，特别是一种激光器的在线功率检测方法和功率检测装置。采用激光器前置功率检测法，将功率检测器置于激光输出腔镜的前端，通过检测位于功率检测器与激光输出腔镜之间的45°全反射镜后泄漏的输出激光的能量，得出激光器的功率。本发明的测量误差小，能够测量倍频激光，还能适用于激光全反射腔镜为平凹镜的情况，且在测量时不影响激光器的正常使用。

Description

一种激光器的在线功率检测方法和功率检测装置

技术领域

本发明涉及激光器的功率检测技术领域，特别是一种激光器的在线功率检测方法和功率检测装置。

背景技术

氙灯泵浦激光器使用大电流密度闪光灯灯主要输出连续光谱，输出的线状光谱较少，因此会产生大量的无用热量，造成激光器热效应极其严重，激光脉冲功率随着触发频率、放电能量以及冷却温度的不同会出现较大的变化，通常都需要配置有功率反馈控制系统测量激光功率，后实时调节闪光灯电流，因此如何准确可靠的测量出脉冲激光的实时功率尤为重要。

传统氙灯泵浦激光的测量方法是:光电探测器后置功率检测法。如图1所示，它由激光输出腔镜1、激光晶体2、激光全反射腔镜3、45°全反镜4、功率检测器5组成。它将45°全反镜1放置在激光全反射腔镜3之后，利用激光全反射腔镜3实际反射率仅能达到99.9％的特点测量泄漏出的微弱激光能量。上述方法是大多数脉冲氙灯泵浦激光器厂家所使用的功率测量方法，该方法结构简单、仅仅通过添加45°全反镜4和功率检测器5就能实现激光能量的实时测量功能。但该测量方法有如下缺陷：

1、这种测量方法仅适用于激光输出腔镜1和激光全反射腔镜3都是平面镜的情况，对于某些特殊的腔型激光全反射腔镜3使用平凹镜后，从该镜片泄漏出的激光的发散角增大，这可能造成激光光斑大于功率检测器靶面，测量结果仅能反映局部激光功率。同时由于激光光斑能量分布会发生局部测量功率不可能与整体光斑功率的比例保持一致，这会严重影响功率测量的准确性。

2、该测量方法无法适用于倍频激光器，因为从激光全反射腔镜3后仅能测量到基频激光，无法真实测量倍频激光功率。

3、泵浦光会通过激光全反射腔镜3与45°全反射镜4进入功率检测器5，使测量结果为泵浦光与泄漏激光一起作用的结果，严重影响测量精度。

4、测量时45°全反射镜会造成部分激光泄漏，导致测量结果与从激光全反射腔镜中泄漏的激光功率有偏差，即便通过计算45°全反射镜的反射率消除此偏差，也会因理论值与实际值之间存在误差而造成测量结果不准确。

5、没有可靠地定位装置，功率检测器存在定位不准等问题。

6、功率检测器与激光器不在同一中轴线上，而是呈角度设置，这样的布置不够简洁，浪费空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光器的在线功率检测方法和功率检测装置。它的测量误差小，能够测量倍频激光，还能适用于激光全反射腔镜为平凹镜的情况。

对于本发明激光器的在线功率检测方法来说，上述技术问题是这样解决的：采用激光器前置功率检测法，将功率检测器置于激光输出腔镜的前端，通过检测位于功率检测器与激光输出腔镜之间的45°全反射镜后泄漏的输出激光的能量，得出激光器的功率。

进一步的，在所述激光器的激光晶体前设置倍频晶体，通过功率检测器检测45°全反射镜后泄漏的倍频激光的能量，用以测出倍频激光器的功率。

进一步的，在所述45°全反射镜后设置带通滤光片，用以消除泵浦光和其它杂光。

进一步的，在所述45°全反射镜后设置聚焦镜，使45°全反射镜后泄漏的输出激光不大于功率检测器的探测靶面。

进一步的，在激光器的背后设置可见引导激光器，用于调节激光器、所述45°全反射镜以及功率检测器的位置，使它们位于同一中轴线上。

对于本发明激光器的在线功率检测装置来说，上述技术问题是这样解决的：包括激光器、功率检测器和45°全反射镜，所述的激光器包括激光输出腔镜、激光全反射腔镜和位于激光输出腔镜与激光全反射腔镜之间的激光晶体，所述的45°全反射镜位于激光输出腔镜前端，所述的功率检测器位于45°全反射镜的背后，与激光输出腔镜射出的输出激光平行设置。

进一步的，所述的45°全反射镜与功率检测器之间设置有带通滤波片。

进一步的，所述的45°全反射镜与功率检测器之间设置有聚焦镜。

进一步的，所述的激光晶体与激光输出腔镜之间设置有倍频晶体。

进一步的，所述的激光全反射腔镜之后设置有用于定位功率检测器的可见引导激光器。

更进一步的，所述的45°全反射镜反色率为90％—99.9％。

本发明的有益效果是：本发明采用功率检测器前置的方法，测量从45°全反射镜泄漏的输出激光。测量结果从原来的考虑激光全反射腔镜与45°全反射镜两次换算误差变成仅需考虑45°全反射镜的换算误差，测量结果更加准确。在激光晶体前加倍频晶体，激光输出腔镜输出激光即为倍频激光，通过功率检测器可以直接测量倍频激光器的功率，避免了功率后置法中会出现的正向倍频激光与反向倍频激光非线性叠加造成的无法真实测量的问题。在激光输出腔镜与功率检测器之间设置带通滤波片和聚焦镜，在消除泵浦光与其他杂光的同时，还解决了传统方法中激光全反射腔镜使用平凹镜后泄漏激光发散角度增大、激光光斑大于功率检测器探测靶面造成的测量误差问题。在激光全反射腔镜后设置可见引导激光器，通过其可以定位功率检测器，使功率检测器与激光器位于同一中轴线上，定位准确，从而进一步保证了测量效果的准确。而这样的布置方式所有器件都在同一直线上，结构更加坚凑，节约了空间。而从激光输出腔镜输出的激光经45°全反射镜反射出去进入其他光学系统，测量对激光器本身没有影响，不会因测量输出激光导致激光器无法正常使用，实现了激光器的在线功率检测。

附图说明

图1为传统功率检测法结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图中：1—激光输出腔镜，2—激光晶体，3—激光反射腔镜，4—45°全反射镜，5—功率检测器，6—倍频晶体，7—可见引导激光器，8—带通滤波片，9—聚焦镜。

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。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为传统功率测量的结构示意图，它由激光输出腔镜1、激光晶体2、激光全反射腔镜3、45°全反射镜4、功率检测器5组成。它将45°全反射镜1放置在激光全反射腔镜3之后，利用激光全反射腔镜3实际反射率仅能达到99.9％的特点，测量从激光全反射腔镜3中泄漏出的微弱激光能量。激光全反射腔镜3中泄漏出来的激光通过45°全反射镜4反射后进入位于其上方的功率检测器5内，从而测量出泄漏激光的能量，但由于45°全反射镜4存在一定的漏光，又有泵浦光和其他杂光的叠加，测量结果误差较大。

图1为本发明的结构示意图，本发明的装置包括激光输出腔镜1、激光晶体2、激光全反射腔镜3、45°全反射镜4和功率检测器5，45°全反射镜4设置在激光输出腔镜1的前端，而功率检测器5设置在45°全反射镜4的后端。在激光晶体2设置在激光输出腔镜1与激光全反射腔镜3之间，而在激光全反射腔镜3的背后还设置有一个可见引导激光器7。在45°全反射镜4与功率检测器5之间设置有一个带通滤波片8和一个聚焦镜9，聚焦镜9位于带通滤波片8的后方。在测量倍频激光时，在激光晶体2之间还设置有倍频晶体6。

本发明的测量方法为：首先通过可见引导激光器7调节各个部件的位置，使激光输出腔镜1、激光晶体2、激光全反射腔镜3、45°全反射镜4、带通滤波片8、聚焦镜9和功率检测器5全部位于同一中轴线上，调节好后，开始测量。打开激光器，产生的激光从激光输出腔镜1中输出，输出的激光射到45°全反射镜4上，通过45°全反射镜4反射，激光进入到其他光学系统中去(如图2中箭头方向所示)，但是由于45°全反射镜4的反射率不可能为100％，所以存在一定的漏光率，部分输出激光通过45°全反射镜4进入到其背后，经过带通滤波片8的滤波，消除了泵浦光和其他杂光，然后再经过聚光镜聚光后进入功率检测器5内。为使光斑落在功率检测器5的探测靶面内，功率检测器5和聚焦镜9的位置可以自由调节，直到光斑落在功率检测器5的探测靶面内为止。功率检测器5根据测量的激光能量得出从45°全反射镜4中泄漏激光的功率，最后根据45°全反射镜4的反射率，计算出激光器的功率。在激光晶体2增加倍频晶体6，则以相同方式测量出来的则为倍频激光器的功率。由于输出激光经过45°全反射镜4的反射，进入到其他光学系统中或直接输出，所以本测量对于激光器的正常使用没有影响。

本发明的功率检测器5可以将合适波长范围内的光能转换为电信号。它可以是光电池、光敏电阻、光电二极管、热释电探头等一切有类似光能转换为电能功能的装置，它可以包含电信号放大、计算、采集与转换装置；可以输出模拟量信号也可以输出数字量信号。本发明的带通滤波片8仅允许特定波长的光通过，对于其他波长有高衰减。该带通滤光片可以是具有该功能的任意器件，可以是光学镜片也可以其他装置。本发明所说的45°全反射镜4是一种非理想的反射镜，它允许一定量的光泄漏通过，该镜片可以由满足该功能的任意器件或器件组合而成。45°全反射镜4的反色率为90％—99.9％，本实施例中的反射率为99％。本发明所说的激光输出腔镜1是一种为满足激光谐振条件的对特定波长有一定反射率的装置，该装置可以是满足该功能的任意器件或器件组合。本发明所说的激光晶体2是一种激光的工作物质，它具有尖锐的荧光性、强吸收带和针对所需荧光跃迁的相当高的能量效率。该激光晶体可以是固体、气体或液体等一切具有该特性的材料或材料组合。本发明所说的激光全反射腔镜3是一种为满足激光谐振腔工作条件的能反射特定波长的器件，该器件可以是平面镜也可以是平凹镜或其他满足谐振条件的反射器件。本发明所说的倍频晶体6是一种非线性材料用于产生倍频激光的功能，该晶体可以是满足该功能的一切材料或材料组合，对于仅使用基频的激光器可以不需要该装置。本发明所说的聚焦镜9是一种能够对工作激光进行汇聚的光学器件，其作用是将待测量的激光光斑压缩到功率检测器5的测量靶面之内，如果激光器光束质量很好并且带测量光斑大小在功率探测器靶面之内则可以不使用该器件。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种激光器的在线功率检测方法，其特征在于：采用激光器前置功率检测法，将功率检测器置于激光输出腔镜的前端，通过检测位于功率检测器与激光输出腔镜之间的45°全反射镜后泄漏的输出激光的能量，得出激光器的功率。

2.如权利要求1所述的一种激光器的在线功率检测方法，其特征在于：在所述激光器的激光晶体前设置倍频晶体，通过功率检测器检测45°全反射镜后泄漏的倍频激光的能量，用以测出倍频激光器的功率。

3.如权利要求1或2所述的一种激光器的在线功率检测方法，其特征在于：在所述45°全反射镜后设置带通滤光片，用以消除泵浦光和其它杂光。

4.如权利要求3所述的一种激光器的在线功率检测方法，其特征在于：在所述45°全反射镜后设置聚焦镜，使45°全反射镜后泄漏的输出激光不大于功率检测器的探测靶面。

5.如权利要求4所述的一种激光器的在线功率检测方法，其特征在于：在激光器的背后设置可见引导激光器，用于调节激光器、所述45°全反射镜以及功率检测器的位置，使它们位于同一中轴线上。

6.一种激光器的在线功率检测装置，包括激光器、功率检测器和45°全反射镜，所述的激光器包括激光输出腔镜、激光全反射腔镜和位于激光输出腔镜与激光全反射腔镜之间的激光晶体，其特征在于：所述的45°全反射镜位于激光输出腔镜前端，所述的功率检测器位于45°全反射镜的背后，与激光输出腔镜射出的输出激光平行设置。

7.如权利要求6所述的一种激光器的在线功率检测装置，其特征在于：所述的45°全反射镜与功率检测器之间设置有带通滤波片。

8.如权利要求6或7所述的一种激光器的在线功率检测装置，其特征在于：所述的45°全反射镜与功率检测器之间设置有聚焦镜。

9.如权利要求6所述的一种激光器的在线功率检测装置，其特征在于：所述的激光晶体与激光输出腔镜之间设置有倍频晶体。

10.如权利要求6所述的一种激光器的在线功率检测装置，其特征在于：所述的激光全反射腔镜之后设置有用于定位功率检测器的可见引导激光器。

11.如权利要求6所述的一种激光器的在线功率检测方法，其特征在于：所述的45°全反射镜反色率为90％—99.9％。