CN115235617A - 一种激光功率测量系统及测量方法 - Google Patents
一种激光功率测量系统及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115235617A CN115235617A CN202211052121.1A CN202211052121A CN115235617A CN 115235617 A CN115235617 A CN 115235617A CN 202211052121 A CN202211052121 A CN 202211052121A CN 115235617 A CN115235617 A CN 115235617A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reflector
- absorption cavity
- cavity
- laser power
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 90
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 69
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 34
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 33
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 8
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- XGZGDYQRJKMWNM-UHFFFAOYSA-N tantalum tungsten Chemical compound [Ta][W][Ta] XGZGDYQRJKMWNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/02—Details
- G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
- G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
- G01J1/0411—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using focussing or collimating elements, i.e. lenses or mirrors; Aberration correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/4257—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors applied to monitoring the characteristics of a beam, e.g. laser beam, headlamp beam
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/12—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明涉及一种激光功率测量系统及测量方法,属于激光能量测量技术领域,激光功率测量系统包括反射体、吸收腔和腔外热电堆传感器,所述反射体由倾角不同的反射段拼接而成,所述反射体位于所述吸收腔的内部,所述腔外热电堆传感器位于所述吸收腔的外表面,本发明能够保证激光被吸收腔的内表面均匀地吸收,提高腔外热电堆传感器的测量准确度,同时,采用双通道结构的微流冷却通道,以匀化吸收腔温度,实现强激光的功率测量操作。
Description
技术领域
本发明属于激光能量测量技术领域,具体地说涉及一种激光功率测量系统及测量方法。
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,10kW以上的强激光系统逐渐成为市场主流,强激光系统输出的激光功率非常高,容易对光功率计造成损坏。同时,国内现有光功率计可测量最高功率不超过10kW,因此,依靠现有光功率计无法完成强激光的功率测量操作,且无法保证测量精度。
发明内容
针对现有技术的种种不足,为了解决上述问题,现提出一种激光功率测量系统及测量方法。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
第一方面,本发明提供一种激光功率测量系统,包括反射体、吸收腔和腔外热电堆传感器,所述反射体由倾角不同的反射段拼接而成,所述反射体位于所述吸收腔的内部,所述腔外热电堆传感器位于所述吸收腔的外表面。
通过采用上述的技术方案,反射体的外表面作为其迎光面,反射体由倾角不同的反射段拼接而成,增大了迎光面的面积,能够将入射至迎光面的激光有效地反射至吸收腔的内表面,保证激光被吸收腔的内表面均匀地吸收,提高腔外热电堆传感器的测量准确度。
进一步,所述反射体为轴对称结构,其包括第一反射段和第二反射段,所述第一反射段的第一端与所述吸收腔的内表面相接形成第一相接点,所述第二反射段的第一端与所述第一反射段的第二端相接形成第二相接点,所述第二反射段的第二端形成封闭端点,同时,所述第一相接点与所述第二相接点的距离小于所述第二相接点与所述封闭端点的距离。
进一步,所述第一反射段的第一端的直径与所述吸收腔的直径相等,以所述第一相接点为起点并以第一预设半径画圆弧得到所述第二相接点,连接所述第一相接点与所述第二相接点形成所述第一反射段,以所述第二相接点为起点并以第二预设半径画圆弧得到所述封闭端点,连接所述第二相接点与所述封闭端点形成所述第二反射段。
进一步,所述第一预设半径为100-150mm,所述第二预设半径为80-120mm。
进一步,所述第一反射段和所述第二反射段均为直线,所述反射体由2个顶角不同的圆锥体拼接而成。
进一步,所述第一反射段和所述第二反射段均为弧线,所述反射体由2个曲率不同的曲面体拼接而成
通过采用上述的技术方案,鉴于反射体迎光面的抗损伤阈值能力是高功率激光测量的瓶颈,同时,考虑提高吸收腔对激光吸收的均匀性以及完整性、降低吸收腔的吸收面通量、避免出现光束奇异点等影响因素,对第一反射段以及第二反射段的结构进行优选。
进一步,所述反射体采用高导热系数、高熔点的材料制成,且所述反射体的迎光面镀有高反射率的反射膜。
进一步,所述反射体采用二氧化硅制成,且所述反射体的迎光面镀有金膜。
通过采用上述的技术方案,对反射体的迎光面的材质进行优选,并做抛光处理,用于将大部分的激光反射至吸收腔的内表面。
进一步,所述吸收腔采用高熔点、高导热系数的材料制成,且所述吸收腔的内表面做打毛发黑处理。
进一步,所述吸收腔采用钽钨合金制成。
通过采用上述的技术方案,实现对激光能量的吸收和传导。
进一步,所述反射体的内部设有腔内热电堆传感器。
通过采用上述的技术方案,通过腔内热电堆传感器测量由反射体吸收的部分激光测量。
进一步,所述腔外热电堆传感器设有多个,多个腔外热电堆传感器呈螺旋线结构排列于所述吸收腔的外表面。
通过采用上述的技术方案,多个腔外热电堆传感器螺旋排列,且多个腔外热电堆传感器并非位于同一直线上,保证腔外热电堆传感器测量温升的均匀性。
进一步,所述吸收腔的内部设置微流冷却通道,所述吸收腔的外部设有与所述微流冷却通道连通的循环组件。
通过采用上述的技术方案,微流冷却通道对吸收腔进行冷却,避免高功率大能量激光损坏各光学元件。
进一步,所述微流冷却通道为双通道结构,其内部流通有冷却介质,所述冷却介质在所述双通道结构内的流程及轨迹相同,且流向相反。
进一步,所述微流冷却通道为双螺旋形通道结构,其包括平行排列的流入螺旋形通道和流出螺旋形通道,所述流入螺旋形通道的一端作为流入端,其另一端与所述流出螺旋形通道的一端连通,所述流出螺旋形通道的另一端作为流出端。
进一步,所述流入螺旋形通道和所述流出螺旋形通道均自所述吸收腔的一端螺旋延伸至所述吸收腔的另一端。
进一步,所述微流冷却通道为双曲形弯折通道结构,其包括平行排列的流入曲形弯折通道和流出曲形弯折通道,所述流入曲形弯折通道的一端作为流入端,其另一端与所述流出曲形弯折通道的一端连通,所述流出曲形弯折通道的另一端作为流出端。
进一步,所述流入曲形弯折通道和所述流出曲形弯折通道均自所述吸收腔的一端至所述吸收腔的另一端弯折往复。
通过采用上述的技术方案,沿着冷却介质的流动方向,微流冷却通道内冷却介质的温度逐渐升高,流入方向的冷却介质的流程、轨迹与流出方向的冷却介质的流程、轨迹均相同,同时,冷却介质的流入流向与流向相反,能够达到匀化吸收腔温度的目的。
进一步,所述循环组件包括流量计、水箱以及循环泵,所述微流冷却通道的入口及其出口通过循环管路连通,所述水箱、所述流量计以及所述循环泵均位于所述循环管路上。
进一步,所述循环管路上设有三通阀,所述三通阀的其一通口与气源连通,所述三通阀的其余通口分别与所述循环管路连通。
进一步,所述微流冷却通道的入口及其出口均设有温度传感器。
第二方面,本发明还提供一种激光功率测量方法,包括以下步骤:
激光入射至反射体,并经反射体反射至吸收腔的内表面,反射体以及吸收腔吸收激光能量后温度升高;
获取腔内热电堆传感器电压信号U1、腔外热电堆传感器电压信号U2,计算得到反射体吸收的激光能量Q1、吸收腔吸收的激光能量Q2以及微流冷却通道内冷却介质带走的激光能量Q3并求和,得到激光功率P。
进一步,所述反射体吸收的激光能量Q1的计算公式为:
进一步,所述吸收腔吸收的激光能量Q2的计算公式为:
进一步,所述微流冷却通道内冷却介质带走的激光能量Q3的获取方法,具体为:
激光功率P小于20W,微流冷却通道内无冷却介质,微流冷却通道内冷却介质带走的能量Q3=0;
激光功率P介于20W至600W之间,微流冷却通道内通入冷却空气,微流冷却通道内冷却介质带走的能量,其中,c气为冷却空气的比热容,m气为单位时间内流通的冷却空气的质量,q气为冷却空气的流量,为冷却空气的密度,T2为微流冷却通道出口的温度传感器测得的冷却空气的温度,T1为微流冷却通道入口的温度传感器测得的冷却空气的温度;
激光功率P大于600W,微流冷却通道内通入冷却水,微流冷却通道内冷却介质带走的能量,其中,c水为冷却水的比热容,m水为单位时间内流通的冷却水的质量,q水为冷却水的流量,为冷却水的密度,T2为微流冷却通道出口的温度传感器测得的冷却水的温度,T1为微流冷却通道入口的温度传感器测得的冷却水的温度。
进一步,激光功率测量之前还包括校准过程,包括以下步骤:
在吸收腔的外表面设置加热电阻带,所述加热电阻带与电源组件连接,通过电源组件对加热电阻带施加预设的电压波形,同步测量电路中电压幅值、电流、通电时间,得到加载在加热电阻带上的输入电能量;
获取腔内热电堆传感器的电压信号U1´、腔外热电堆传感器的电压信号U2´并与输入电能量对比,得到腔内热电堆传感器对输入电能量的响应系数、腔外热电堆传感器对输入电能量的响应系数,完成校准。
进一步,所述加热电阻带螺旋排列于所述吸收腔的外表面,且所述加热电阻带与所述腔外热电堆传感器在同一安装面内平行排列。
通过采用上述的技术方案,加热电阻带用于在校准过程中实现能量灌注,同时,加热电阻带螺旋排列,保证加热的均匀性,加热电阻带与腔外热电堆传感器在同一安装面内平行排列,校准过程的加热区域与测量过程中腔外热电堆传感器的测量区域更加接近,提高了校准和测量的等效性。
本发明的有益效果是:
1、反射体由倾角不同的反射段拼接而成,增大了迎光面的面积,能够将入射至迎光面的激光有效地反射至吸收腔的内表面,保证激光被吸收腔的内表面均匀地吸收,提高腔外热电堆传感器的测量准确度。
2、多个腔外热电堆传感器螺旋排列,且多个腔外热电堆传感器并非位于同一直线上,保证腔外热电堆传感器测量温升的均匀性。
3、加热电阻带用于在校准过程中实现能量灌注,同时,加热电阻带螺旋排列,保证加热的均匀性。
4、加热电阻带与腔外热电堆传感器在同一安装面内平行排列,校准过程的加热区域与测量过程中腔外热电堆传感器的测量区域更加接近,提高了校准和测量的等效性。
5、微流冷却通道采用双通道结构,沿着冷却介质的流动方向,微流冷却通道内冷却介质的温度逐渐升高,流入方向的冷却介质的流程、轨迹与流出方向的冷却介质的流程、轨迹均相同,同时,冷却介质的流入流向与流向相反,能够达到匀化吸收腔温度的目的,避免高功率大能量激光损坏各光学元件,实现强激光的功率测量操作。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是反射体与吸收腔的装配示意图;
图3(a)、图3(b)、图3(c)是经不同结构的反射体反射后的激光光路示意图;
图4是反射体的结构示意图;
图5是微流冷却通道的结构示意图;
图6是微流冷却通道的结构示意图;
图7是测量方法的流程图;
图8是校准方法的流程图。
附图中:1-反射体、2-迎光面、3-吸收腔、4-腔外热电堆传感器、5-加热电阻带、6-循环管路、7-水箱、8-循环泵、9-流量计、10-第一温度传感器、11-第二温度传感器、12-三通阀、13-气体管路、14-第一反射段、15-第二反射段、16-微流冷却通道、17-柱状段、18-腔内热电堆传感器、19-流入螺旋形通道、20-流出螺旋形通道、21-流入曲形弯折通道、22-流出曲形弯折通道。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合本发明的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例,都应当属于本申请保护的范围。此外,以下实施例中提到的方向用词,例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向,因此,使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一:
如图1所示,一种激光功率测量系统,包括反射体1、吸收腔3和腔外热电堆传感器4,所述反射体1由倾角不同的反射段拼接而成,所述反射体1位于所述吸收腔3的内部,所述腔外热电堆传感器4位于所述吸收腔3的外表面。
通过采用上述的技术方案,反射体1的外表面作为其迎光面2,反射体1由倾角不同的反射段拼接而成,增大了迎光面2的面积,能够将入射至迎光面2的激光有效地反射至吸收腔3的内表面,保证激光被吸收腔3的内表面均匀地吸收,提高腔外热电堆传感器4的测量准确度。
进一步优选的,如图2所示,所述反射体1为轴对称结构,其包括第一反射段14和第二反射段15,所述第一反射段14的第一端与所述吸收腔3的内表面相接形成第一相接点,所述第二反射段15的第一端与所述第一反射段14的第二端相接形成第二相接点,所述第二反射段15的第二端形成封闭端点,同时,所述第一相接点与所述第二相接点的距离小于所述第二相接点与所述封闭端点的距离。
进一步优选的,所述第一反射段的第一端的直径与所述吸收腔3的直径相等,以所述第一相接点为起点并以第一预设半径画圆弧得到所述第二相接点,连接所述第一相接点与所述第二相接点形成所述第一反射段14,以所述第二相接点为起点并以第二预设半径画圆弧得到所述封闭端点,连接所述第二相接点与所述封闭端点形成所述第二反射段15。
进一步优选的,所述第一预设半径为100-150mm,所述第二预设半径为80-120mm。
进一步优选的,所述第一反射段14和所述第二反射段15均为直线,所述反射体1由2个顶角不同的圆锥体拼接而成。
进一步优选的,所述第一反射段14和所述第二反射段15均为弧线,所述反射体1由2个曲率不同的曲面体拼接而成。
为了尽可能的增大迎光面积,将入射的激光反射至吸收腔3更大的面积范围内,同时,尽量让光束在吸收腔3内表面均匀吸收,发明人对迎光面2的结构结果进行如下优选过程:
如图3所示,在高度相同的条件下,图3(b)、图3(c)中迎光面的面积明显大于图3(a),同时,图3(c)中光束反射至吸收腔3内表面的吸收面积明显大于图3(b)。因此,第一反射段14和第二反射段15的相对位置采用图3(c)所示结构,即所述第一相接点与所述第二相接点的距离小于所述第二相接点与所述封闭端点的距离。
鉴于迎光面2的抗损伤阈值能力是高功率激光测量的瓶颈,同时,考虑提高吸收腔3对激光吸收的均匀性以及完整性、降低吸收腔3的吸收面通量、避免出现光束奇异点、避免光线直接返回等影响因素,对第一反射段14以及第二反射段15的具体结构进行优选。通过反复修改参数(高度不变)并计算,得出的优选结果如图4所示,其中,A表示第一相接点,B表示第二相接点,C表示封闭端点,O表示坐标原点,以A点为起点并以半径为100mm画圆弧得到B点,以B点起点并以半径为80mm画圆弧得到C点。
进一步优选的,所述反射体1采用高导热系数、高熔点的材料制成,且所述反射体的迎光面2镀有高反射率的反射膜。
进一步优选的,所述反射体1采用二氧化硅制成,且所述反射体的迎光面2镀有金膜。
通过采用上述的技术方案,对反射体的迎光面2的材质进行优选,并做抛光处理,用于将大部分的激光反射至吸收腔3的内表面。
进一步优选的,所述吸收腔3采用高熔点、高导热系数的材料制成,且所述吸收腔3的内表面做打毛发黑处理。
进一步优选的,所述吸收腔3采用钽钨合金制成。
通过采用上述的技术方案,实现对激光能量的吸收和传导。
此外,所述反射体1还包括柱状段17,所述柱状段17与吸收腔3连接,用于将反射体1与吸收腔3集成为一体。
进一步优选的,所述反射体1的内部设有腔内热电堆传感器18。
通过采用上述的技术方案,通过腔内热电堆传感器18测量由反射体1吸收的部分激光测量。
进一步优选的,所述腔外热电堆传感器4设有多个,多个腔外热电堆传感器4呈螺旋线结构排列于所述吸收腔3的外表面。
通过采用上述的技术方案,多个腔外热电堆传感器4螺旋排列,且多个腔外热电堆传感器4并非位于同一直线上,保证腔外热电堆传感器4测量温升的均匀性。
进一步优选的,所述吸收腔3的内部设置微流冷却通道16,所述吸收腔的外部设有与所述微流冷却通道16连通的循环组件。
通过采用上述的技术方案,微流冷却通道16对吸收腔3进行冷却,避免高功率大能量激光损坏各光学元件。
进一步优选的,所述微流冷却通道16为双通道结构,其内部流通有冷却介质,所述冷却介质在所述双通道结构内的流程及轨迹相同。
进一步优选的,如图5所示,所述微流冷却通道16为双螺旋形通道结构,其包括平行排列的流入螺旋形通道19和流出螺旋形通道20,所述流入螺旋形通道19的一端作为流入端,其另一端与所述流出螺旋形通道20的一端连通,所述流出螺旋形通道20的另一端作为流出端。
进一步优选的,所述流入螺旋形通道19和所述流出螺旋形通道20均自所述吸收腔3的一端螺旋延伸至所述吸收腔3的另一端。
进一步优选的,如图6所示,所述微流冷却通道16为双曲形弯折通道结构,其包括平行排列的流入曲形弯折通道21和流出曲形弯折通道22,所述流入曲形弯折通道21的一端作为流入端,其另一端与所述流出曲形弯折通道22的一端连通,所述流出曲形弯折通道22的另一端作为流出端。
进一步优选的,所述流入曲形弯折通道21和所述流出曲形弯折通道22均自所述吸收腔的一端至所述吸收腔3的另一端弯折往复。
通过采用上述的技术方案,沿着冷却介质的流动方向,微流冷却通道16内冷却介质的温度逐渐升高,流入方向的冷却介质的流程、轨迹与流出方向的冷却介质的流程、轨迹均相同,同时,冷却介质的流入流向与流向相反,能够达到匀化吸收腔3温度的目的。以双螺旋形通道结构为例,流入螺旋形通道19和所述流出螺旋形通道的延伸轨迹相同,保证流入方向的冷却介质的流程、轨迹与流出方向的冷却介质的流程、轨迹均相同。
进一步优选的,所述循环组件包括流量计9、水箱7以及循环泵8,所述微流冷却通道16的入口及其出口通过循环管路6连通,所述水箱7、所述流量计9以及所述循环泵8均位于所述循环管路6上。
进一步优选的,所述循环管路6上设有三通阀12,所述三通阀12的其一通口通过气体管路13与气源连通,所述三通阀12的其余通口分别与所述循环管路6连通。
进一步优选的,所述微流冷却通道16的入口设有第一温度传感器10,所述微流冷却通道16的出口设有第二温度传感器11。
实施例二:
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述,不同的是:
如图1、图2以及图7所示,一种激光功率测量系统的测量方法,包括以下步骤:
S101、激光入射至反射体1,并经反射体1反射至吸收腔3的内表面,反射体1以及吸收腔3吸收激光能量后温度升高;
S102、获取腔内热电堆传感器18的电压信号U1、腔外热电堆传感器4的电压信号U2,计算得到反射体1吸收的激光能量Q1、吸收腔3吸收的激光能量Q2以及微流冷却通道16内冷却介质带走的激光能量Q3并求和,得到激光功率P。
进一步优选的,所述反射体1吸收的激光能量Q1的计算公式为:
进一步优选的,所述吸收腔3吸收的激光能量Q2的计算公式为:
进一步优选的,所述微流冷却通道16内冷却介质带走的激光能量Q3的获取方法,具体为:
激光功率P小于20W,微流冷却通道16内无冷却介质,此时,微流冷却通道内冷却介质带走的能量Q3=0;
激光功率P介于20W至600W之间,微流冷却通道16内通入冷却空气,冷却空气带走的能量,其中,c气为冷却空气的比热容,m气为单位时间内流通的冷却空气的质量,q气为冷却空气的流量,为冷却空气的密度,T2为第二温度传感器11测得的冷却空气的温度,T1为第一温度传感器10测得的冷却空气的温度;
激光功率P大于600W,微流冷却通道16内通入冷却水,冷却水带走的能量,其中,c水为冷却水的比热容,m水为单位时间内流通的冷却水的质量,q水为冷却水的流量,为冷却水的密度,T2为第二温度传感器11测得的冷却水的温度,T1为第一温度传感器10测得的冷却水的温度。
也就是说,循环泵8可以以不同抽速工作,适应不同功率的激光引起的热效应。在对较低功率的光束进行测量时,循环泵8可不工作,以提高传感器对光功率引起温升的响应度。光束功率进一步降低时,切换三通阀12,利用循环泵8将微流冷却通道16内的冷却水抽干,在微流冷却通道16内注入冷却空气,从而提升传感器对光功率的响应度。
如图1、图2以及图8所示,激光功率测量之前还包括校准过程,包括以下步骤:
S201、在吸收腔3的外表面设置加热电阻带5,加热电阻带5与电源组件连接,通过电源组件对加热电阻带5施加预设的电压波形,同步测量电路中电压幅值、电流、通电时间,得到加载在加热电阻带5上的输入电能量;
S202、获取腔内热电堆传感器18的电压信号U1´、腔外热电堆传感器4的电压信号U2´并与输入电能量对比,得到腔内热电堆传感器18对输入电能量的响应系数β、腔外热电堆传感器4对输入电能量的响应系数γ,完成校准,之后可以直接用电能量完成对激光功率测量系统的现场校准。
进一步优选的,所述加热电阻带5螺旋排列于所述吸收腔3的外表面,且所述加热电阻带5与所述腔外热电堆传感器4在同一安装面内平行排列。
通过采用上述的技术方案,加热电阻带5用于在校准过程中实现能量灌注,同时,加热电阻带5螺旋排列,保证加热的均匀性,加热电阻带5与腔外热电堆传感器4在同一安装面内平行排列,校准过程的加热区域与测量过程中腔外热电堆传感器4的测量区域更加接近,提高了校准和测量的等效性。
以上已将本发明做一详细说明,以上所述,仅为本发明之较佳实施例而已,当不能限定本发明实施范围,即凡依本申请范围所作均等变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种激光功率测量系统,其特征在于,包括反射体、吸收腔和腔外热电堆传感器,所述反射体由倾角不同的反射段拼接而成,所述反射体位于所述吸收腔的内部,所述腔外热电堆传感器位于所述吸收腔的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种激光功率测量系统,其特征在于,所述反射体为轴对称结构,其包括第一反射段和第二反射段,所述第一反射段的第一端与所述吸收腔的内表面相接形成第一相接点,所述第二反射段的第一端与所述第一反射段的第二端相接形成第二相接点,所述第二反射段的第二端形成封闭端点,且所述第一相接点与所述第二相接点的距离小于所述第二相接点与所述封闭端点的距离。
3.根据权利要求2所述的一种激光功率测量系统,其特征在于,所述第一反射段的第一端的直径与所述吸收腔的直径相等,以所述第一相接点为起点并以第一预设半径画圆弧得到所述第二相接点,连接所述第一相接点与所述第二相接点形成所述第一反射段,以所述第二相接点为起点并以第二预设半径画圆弧得到所述封闭端点,连接所述第二相接点与所述封闭端点形成所述第二反射段。
4.根据权利要求3所述的一种激光功率测量系统,其特征在于,所述第一反射段和所述第二反射段均为直线或弧线。
5.根据权利要求1所述的一种激光功率测量系统,其特征在于,所述腔外热电堆传感器设有多个,多个腔外热电堆传感器呈螺旋线结构排列于所述吸收腔的外表面。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种激光功率测量系统,其特征在于,所述反射体的内部设有腔内热电堆传感器。
7.根据权利要求6所述的一种激光功率测量系统,其特征在于,所述吸收腔的内部设置微流冷却通道,所述微流冷却通道为双通道结构,且其内部流通有冷却介质,所述冷却介质在所述双通道结构内的流程及轨迹相同且流向相反。
8.一种采用权利要求7所述的激光功率测量系统进行激光功率测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
激光入射至反射体,并经反射体反射至吸收腔的内表面,反射体以及吸收腔吸收激光能量后温度升高;
获取腔内热电堆传感器的电压信号U1、腔外热电堆传感器的电压信号U2,计算得到反射体吸收的激光能量Q1、吸收腔吸收的激光能量Q2以及微流冷却通道内冷却介质带走的激光能量Q3并求和,得到激光功率P。
9.根据权利要求8所述的一种激光功率测量方法,其特征在于,激光功率测量之前还包括校准过程,包括以下步骤:
在吸收腔的外表面设置加热电阻带,所述加热电阻带与电源组件连接,通过电源组件对加热电阻带施加预设的电压波形,同步测量电路中电压幅值、电流、通电时间,得到加载在加热电阻带上的输入电能量;
获取腔内热电堆传感器的电压信号U1´、腔外热电堆传感器的电压信号U2´并与输入电能量对比,得到腔内热电堆传感器对输入电能量的响应系数、腔外热电堆传感器对输入电能量的响应系数,完成校准。
10.根据权利要求9所述的一种激光功率测量方法,其特征在于,所述加热电阻带螺旋排列于所述吸收腔的外表面,且所述加热电阻带与所述腔外热电堆传感器在同一安装面内平行排列。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211052121.1A CN115235617B (zh) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | 一种激光功率测量系统及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211052121.1A CN115235617B (zh) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | 一种激光功率测量系统及测量方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115235617A true CN115235617A (zh) | 2022-10-25 |
CN115235617B CN115235617B (zh) | 2022-12-20 |
Family
ID=83681829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211052121.1A Active CN115235617B (zh) | 2022-08-31 | 2022-08-31 | 一种激光功率测量系统及测量方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115235617B (zh) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1116707A (zh) * | 1994-05-13 | 1996-02-14 | 松下电器产业株式会社 | 辐射探测器 |
CA2496928A1 (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-13 | Ophir Optronics Ltd. | Device and method for measurement of incident power and energy |
CN103389157A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-13 | 西北核技术研究所 | 一种高能激光扩束吸收装置 |
CN103471713A (zh) * | 2013-09-16 | 2013-12-25 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种阶梯锥高能激光全吸收能量测量装置 |
CN103630236A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-12 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种锥腔型高能激光全吸收能量计 |
WO2014050859A1 (ja) * | 2012-09-27 | 2014-04-03 | 三菱電機株式会社 | パワーダンパー、レーザ出力計、レーザ出力測定方法、およびレーザ出力監視システム |
WO2014202476A1 (fr) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif pour absorber une puissance optique |
CN108827463A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-16 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种浸入式全吸收高能激光功率能量计 |
CN111551247A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-08-18 | 李德龙 | 基于黑碳化硅陶瓷的热电型光探测器 |
CN212007518U (zh) * | 2020-04-30 | 2020-11-24 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种通用固体吸收型高能激光能量测量探头 |
CN114279597A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 可用于辐射热流溯源校准的高精度低功率辐射热流计 |
CN114414208A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-29 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种热电堆型激光能量测量及校准系统用校准方法 |
-
2022
- 2022-08-31 CN CN202211052121.1A patent/CN115235617B/zh active Active
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1116707A (zh) * | 1994-05-13 | 1996-02-14 | 松下电器产业株式会社 | 辐射探测器 |
CA2496928A1 (en) * | 2004-02-13 | 2005-08-13 | Ophir Optronics Ltd. | Device and method for measurement of incident power and energy |
WO2014050859A1 (ja) * | 2012-09-27 | 2014-04-03 | 三菱電機株式会社 | パワーダンパー、レーザ出力計、レーザ出力測定方法、およびレーザ出力監視システム |
WO2014202476A1 (fr) * | 2013-06-17 | 2014-12-24 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Dispositif pour absorber une puissance optique |
CN103389157A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-13 | 西北核技术研究所 | 一种高能激光扩束吸收装置 |
CN103471713A (zh) * | 2013-09-16 | 2013-12-25 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种阶梯锥高能激光全吸收能量测量装置 |
CN103630236A (zh) * | 2013-12-11 | 2014-03-12 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种锥腔型高能激光全吸收能量计 |
CN108827463A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-16 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种浸入式全吸收高能激光功率能量计 |
CN111551247A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-08-18 | 李德龙 | 基于黑碳化硅陶瓷的热电型光探测器 |
CN212007518U (zh) * | 2020-04-30 | 2020-11-24 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种通用固体吸收型高能激光能量测量探头 |
CN114279597A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-04-05 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 可用于辐射热流溯源校准的高精度低功率辐射热流计 |
CN114414208A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-04-29 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种热电堆型激光能量测量及校准系统用校准方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115235617B (zh) | 2022-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4740983A (en) | Laser apparatus for minimizing wavefront distortion | |
US6541694B2 (en) | Nonimaging light concentrator with uniform irradiance | |
CN108827463B (zh) | 一种浸入式全吸收高能激光功率能量计 | |
US5815523A (en) | Variable power helix laser amplifier and laser | |
US20040004989A1 (en) | Temperature measuring method, heat treating device and method, computer program, and radiation thermometer | |
CN115235617B (zh) | 一种激光功率测量系统及测量方法 | |
Krupkin et al. | Nonimaging optics and solar laser pumping at the Weizmann Institute | |
CN111948157A (zh) | 一种长光程可调谐吸收池及其出射光束采集方法 | |
JP2006300738A (ja) | ガスセンサ | |
CN108279449A (zh) | 高功率射束阱 | |
US3992684A (en) | Flashlamp pumped laser device employing fluid material for producing laser beam | |
CN207651790U (zh) | 一种新型封离型二氧化碳激光器 | |
CN105181128A (zh) | 一种高能激光全吸收能量测量装置 | |
CN106525249A (zh) | 一种镜面红外测温装置及测温方法 | |
CN107819267A (zh) | 一种棒状激光放大器 | |
CN220670716U (zh) | 一种新型激光功率计 | |
CN208489523U (zh) | 被动锁模谐振腔及激光器 | |
CN220230601U (zh) | 一种超声波水表控温装置 | |
CN110137788A (zh) | 一种降低能量集中度缓解热效应的侧面泵浦激光头装置 | |
CN116989889A (zh) | 一种新型激光功率计 | |
US5490161A (en) | Solid-state laser device with diffused-light excitation, and integrating sphere | |
CN213600576U (zh) | 大光程激光气体吸收池 | |
WO2018119573A1 (zh) | 表面温度和发射率的测量装置和测量方法 | |
JPS63110683A (ja) | ガスレ−ザ発振器 | |
Krupkin et al. | Compound parabolical concentrator as pumping device for solid state solar lasers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |