CN216717777U - 光束属性的检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光束属性的检测设备，该设备包括：光束能量调节器和光束属性检测器，其中，光束能量调节器的入光面与待检测激光器连接，光束能量调节器的出光面与光束属性检测器的光接口连接，采用上述技术方案，解决了相关技术中激光器输出光束属性检测的准确率较低等问题，实现了提高激光器输出光束属性检测的准确率的技术效果。

Description

光束属性的检测设备

技术领域

本申请涉及激光领域，具体而言，涉及一种光束属性的检测设备。

背景技术

光纤激光器是由半导体泵浦管发出的泵浦光经掺稀土元素的增益光纤吸收后得到的光再经FBG光纤光栅震荡放大后，经过多级放大，多路耦合后通过传能光纤由输出端帽（QBH）输出得到激光光束，光纤激光器相对于传统固体激光器由于激光光束质量好、高相干性、亮度高、转换效率高、体积小、寿命长等优点，广泛应用于材料加工，如打标、打孔、焊接、切割、清洗、涂覆等以及光通信、光谱成像、医疗等领域。随着工业水平的快速发展，对应用的光纤激光器属输出的光束的属性的要求也越来越高，比如，要求激光器的输出光束功率具有较高的稳定性具有特定的要求，尤其在激光器应用于微纳高精密材料加工中，激光器的输出异常波动都可能造成加工材料的巨大缺陷，总之，光纤激光器的输出光束的属性直接影响到激光器在材料加工应用中的效果。

目前，在激光行业常使用光功率计接受采集激光器输出光束的输出曲线的方式检测激光器的输出功率稳定性，但是，这种方式对检测激光器输出光束的属性具有一定的局限性，首先，光功率计仅能检测激光器输出光束的功率稳定性，对光斑尺寸、发散角等光束属性的检测不适用，其次，光功率计时利用热释电材料制成的，这种材料在热量的积累下随着激光器输出时间越来越长就会导致测量结果有一定的偏差，从而影响检测结果，再其次，1000W及以上的中高功率激光功率计，大部分都是水冷型，即是光功率计内部必须有水冷机通循环冷却水实现散热，在实际测量中，当功率计内部热量积累较多时，水冷机启动制冷，从而循环水实现快速降温，此时会出现激光功率计波动较大，会出现采集到异常极大值，进而，对检测结果影响较大，极大的影响了光纤激光器输出光束属性检测的准确率。

针对相关技术中激光器输出光束属性检测的准确率较低等问题，尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光束属性的检测设备，以至少解决相关技术中激光器输出光束属性检测的准确率较低等问题。

根据本申请实施例的一个实施例，提供了一种光束属性的检测设备，包括：光束能量调节器和光束属性检测器，其中，所述光束能量调节器的入光面与待检测激光器连接，所述光束能量调节器的出光面与所述光束属性检测器的光接口连接。

可选的，所述光束能量调节器为光束过滤器，其中，所述光束过滤器的出光参数与所述光束属性检测器的入光条件匹配。

可选的，所述光束过滤器，包括：分光镜，其中，所述分光镜对目标波长的光束具有目标比例的透光率。

可选的，所述光束过滤器，还包括：吸光材料，其中，所述吸光材料设置于所述分光镜的反射光路上。

可选的，所述光束过滤器，还包括：耦合镜组，其中，所述耦合镜组位于所述分光镜的出光面侧，所述耦合镜组的光路与所述分光镜的透射光路同轴，所述耦合镜组的出光面与所述光束属性检测器的光接口连接。

可选的，所述光束能量调节器包括多个光束过滤器，其中，所述多个光束过滤器与多个光束过滤参数一一对应，所述多个光束过滤器中的目标光束过滤器所对应的目标光束过滤参数与所述待检测激光器匹配。

可选的，所述光束能量调节器的入光面通过分光器的第一光束输出端与所述待检测激光器连接，其中，所述分光器的光束输入端和第二光束输出端连接在所述待检测激光器中。

可选的，在所述待检测激光器的泵浦源不位于所述待检测激光器的谐振腔的高反端的情况下，所述分光器的光束输入端与所述谐振腔的高反端连接，所述分光器的第二光束输出端与所述待检测激光器的光隔离器连接。

可选的，在所述待检测激光器的泵浦源位于所述待检测激光器的谐振腔的高反端的情况下，所述分光器的光束输入端与所述泵浦源的泵浦光合束器的信号输出端连接，所述分光器的第二光束输出端与所述待检测激光器的光隔离器连接。

可选的，所述光束属性检测器，包括：光束参数探测器和光束属性处理器，其中，

所述光束参数探测器的光接口与所述光束能量调节器的出光面连接，所述光束参数探测器的光束参数输出端与所述光束属性处理器的输入端连接。

在本申请实施例中，光束属性的检测设备，包括，光束能量调节器和光束属性检测器，其中，光束能量调节器的入光面与待检测激光器连接，光束能量调节器的出光面与光束属性检测器的光接口连接，即光束属性检测设备中包括光束能量调节器和光束属性检测器，光束能量调节器的入光口、出光口分别和待检测激光器、光束属性检测器连接，进而实现光束属性检测器接收到的光束的光束能量是可调节的，避免光束能量过高导致的光束属性检测器的温度变化，从而避免了光束属性检测器的温度变化影响光束属性的检测结果。采用上述技术方案，解决了相关技术中激光器输出光束属性检测的准确率较低等问题，实现了提高激光器输出光束属性检测的准确率的技术效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备的结构框图；

图2是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备结构图；

图3是根据本申请实施例的一种分光镜过滤光束示意图；

图4是根据本申请实施例的一种光束过滤器示意图；

图5是根据本申请实施例的另一种光束属性的检测设备结构图；

图6是根据本申请实施例的一种分光器连接示意图；

图7是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备和待检测激光器连接示意图；

图8是根据本申请实施例的另一种光束属性的检测设备和待检测激光器连接示意图；

图9是根据本申请实施例的一种光束属性检测器示意图；

图10是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备与光线激光器的连接详图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例中提供了一种光束属性的检测设备，图1是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备的结构框图，如图1所示，上述光束属性的检测设备，包括：光束能量调节器104和光束属性检测器106，其中，所述光束能量调节器102的入光面与待检测激光器102连接，所述光束能量调节器104的出光面与所述光束属性检测器106的光接口连接。

可选地，在本实施例中，光束属性检测器用于检测光束属性，光束属性可以单不限于包括光束的光斑尺寸、光束的能量分布、光束的传输发散角等等，本方案对此不作限定。

可选地，在本实施例中，光束能量调节器可以增大光束属性检测器接受到的光束的能量，或者还可以减小光束属性检测器接收到的光束的能量。

作为一种可选的实施例，所述光束能量调节器为光束过滤器，其中，所述光束过滤器的出光参数与所述光束属性检测器的入光条件匹配。

可选地，在本实施例中，光束过滤器用于过滤光束中部分波长的光，光束过滤器可以但不限于包括光栅、对某一波长的光具有一定透反比的分光器，对某一波长的光具有一定吸收率的吸光材料等等，本方案对此不做限定。

可选地，在本实施例中，出光参数可以但不限于包括光斑尺寸、光束能量等等，本方案对此不作限定。

通过上述实施例，光束过滤器是和光束属性检测器匹配的，从而保证光束过滤器的出光参数和光束属性检测设备的入光条件匹配，在实施中，可以设置不同入光条件的多个光束属性检测器，并根据光束过滤器的出光参数，选择对应的光束属性检测器，从而保证光束属性的检测设备的普适性，图2是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备结构图，如图2所示，光束属性的检测设备中配置一个光束过滤器204和多个光束属性检测器206，当使用该光束属性的检测设备对不同的待检测激光器202输出的光束进行检测时，可以根据光束过滤器输出的光束的参数选择对应的光束属性检测器206，从而保证光束属性的检测设备的普适性。

作为一种可选的实施例，所述光束过滤器，包括：分光镜，其中，

所述分光镜对目标波长的光束具有目标比例的透光率。

可选地，在本实施例中，分光镜通过允许待测激光器输出的光束中的目标比例的目标波长的光束通过，并通过改变剩余的目标波长的光束的光路，从而实现将目标比例的目标波长的光照射在光束属性检测设备上，图3是根据本申请实施例的一种分光镜过滤光束示意图，如图3所示，对于一束目标波长的初始光束以特定的角度照射在分光镜上，分光镜允许初始光束中目标比例的光束通过分光镜，并按照原光路继续传输，并改变初始光束中未通过分光镜的光束的光路。

作为一种可选的实施例，所述光束过滤器，还包括：吸光材料，其中，所述吸光材料设置于所述分光镜的反射光路上。

可选地，在本实施例中，吸光材料可以是能够吸收任意波长光束的合体材料，或者还可以是对特定波长的光束具有吸附作用的材料，本方案对此不作限定。

作为一种可选的实施例，所述光束过滤器，还包括：耦合镜组，其中，

所述耦合镜组位于所述分光镜的出光面侧，所述耦合镜组的光路与所述分光镜的透射光路同轴，所述耦合镜组的出光面与所述光束属性检测器的光接口连接。

可选地，在本实施例中，耦合镜组用于将分光镜输出的透射光聚焦在光束属性检测器的光接口上，耦合镜组中可以但不限于包括一个或多个镜片，镜片的参数与光束参数和光束属性检测设备的光接口参数匹配。

可选地，在本实施例中，耦合镜组与光束属性检测器的光接口以及分光镜之间的距离是可以调节的，通过调节耦合镜组与光束属性检测器的光接口和分光镜之间的距离，从而调节照射在光束属性检测器的光接口上的光板尺寸。图4是根据本申请实施例的一种光束过滤器示意图，如图4所示，光束过滤器包括分光镜42和耦合镜组44，待检测激光器输出的光束镜分光器42透过该光束中目标比例的目标波长的光束后，透过的光束经过耦合镜组44聚焦后，聚焦在光束属性检测器46的光接口上，从而使得照射在光接口上的光束的光板尺寸符合光接口的尺寸要求。

作为一种可选的实施例，所述光束能量调节器包括多个光束过滤器，其中，所述多个光束过滤器与多个光束过滤参数一一对应，

所述多个光束过滤器中的目标光束过滤器所对应的目标光束过滤参数与所述待检测激光器匹配。

可选地，在本实施例中，由于不同型号的待检测激光器输出的光束的能量可能是不同的，因此，设置多个光束过滤器，可以根据待检测激光器输出的光束的能量选择对应的光束过滤器，从而使得过滤后的光束满足光束属性检测设备的入光条件，图5是根据本申请实施例的另一种光束属性的检测设备结构图，如图5所示，光束属性检测设备包括多个光束过滤器504以及光束属性检测器506，各个光束过滤器的光束过滤参数是不同的，并且，根据待检测激光器502输出光束的不同，可选择合适的光束过滤器504，从而使得过滤后的光束满足光束属性检测设备506的入光条件。

作为一种可选的实施例，所述光束能量调节器的入光面通过分光器的第一光束输出端与所述待检测激光器连接，其中，

所述分光器的光束输入端和第二光束输出端连接在所述待检测激光器中。

可选地，在本实施例中，第二光束输出端可以是光纤激光器的谐振腔的高反端输出的光束，还可以是光纤激光器的谐振腔的低反端输出的光束，本方案对此不作限定。

通过以上实施例，光束能量调节器通过分光器连接在待检测激光器上，从而在待检测激光器的谐振腔输出的光束中获取用于检测光束属性的输出光束，图6是根据本申请实施例的一种分光器连接示意图，如图6所示，分光器64包括一个光束输入口和两个光束输出口，待检测激光器62输出的光束输入到分光器64的光束输入口，由分光器64分成两束光，分别从分光器64的两个光束输出端口中输出，一束按照激光器的输出光路继续传输，另一束光束传输到光束能量调节器66上。

作为一种可选的实施例，在所述待检测激光器的泵浦源不位于所述待检测激光器的谐振腔的高反端的情况下，所述分光器的光束输入端与所述谐振腔的高反端连接，所述分光器的第二光束输出端与所述待检测激光器的光隔离器连接。

可选地，在本实施例中，待检测激光器可以正向泵浦光纤激光器、反向泵浦光纤激光器、正反向混合泵浦光纤激光器，本方案对此不做限定。

可选地，在本实施例中，光束输入到谐振腔内，谐振腔包括高反端和低反端，输入到谐振腔内的光粒子在谐振腔内受激，高反端对粒子的发射率较大，能量从低反端输出，但是还是与偶部分能量较低的光束从谐振腔的高反端输出，光束属性的检测设备通过获取光纤激光器谐振腔的高反段输出的能量较低的光束进行光束属性的检测，图7是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备和待检测激光器连接示意图，如图7所示，光纤激光器包括泵浦源合束器72、谐振腔74，当泵浦源合束器72位于谐振腔74的低反端时，光束属性的检测设备76通过分光器78连接在谐振腔74的高反端，分光器78的光束入口与谐振腔74高反段连接，分光器78的一个光束输出口与光束属性的检测设备76的光束入口连接。

作为一种可选的实施例，在所述待检测激光器的泵浦源位于所述待检测激光器的谐振腔的高反端的情况下，所述分光器的光束输入端与所述泵浦源的泵浦光合束器的信号输出端连接，所述分光器的第二光束输出端与所述待检测激光器的光隔离器连接。

通过上述步骤，当待检测激光器的泵浦源位于待检测激光器谐振腔的高反端时，光束属性检测设备通过分光器连接在泵浦源合束器的信号输出端，从而检测的连接在谐振腔的高反端，接收高反端输出的低能量光束，图8是根据本申请实施例的另一种光束属性的检测设备和待检测激光器连接示意图，如图8所示，光纤激光器包括泵浦源合束器81、谐振腔82、隔离器83，泵浦源合束器81位于谐振腔82的高反端，光束属性的检测设备84通过分光器85连接在泵浦源合束器81的信号输出端，分光器85的一个光束输出口与光束属性的检测设备84的光束入口连接，分光器85的一个光束输出口与隔离器83连接。

作为一种可选的实施例，所述光束属性检测器，包括：光束参数探测器和光束属性处理器，其中，

所述光束参数探测器的光接口与所述光束能量调节器的出光面连接，所述光束参数探测器的光束参数输出端与所述光束属性处理器的输入端连接。

可选地，在本实施例中，光束参数探测器可以但不限于包括红外光束探测器、CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）探测器等等。

图9是根据本申请实施例的一种光束属性检测器示意图，如图9所示，光束属性检测器包括光束参数探测器92和光束属性处理器94，光束参数探测器探测接收到的光束，并输出光束对应的信号，输出的信号传输至光束属性处理器94中，从而根据信号和光束属性的对应关系确定出与该信号对应的光束属性。

通过以上实施例，光束属性的检测设备能够对光束的能量进行调整，调整后的光束输入至光束属性检测器中，从而确定出待检测激光器输出光束的光束属性，由于待检测激光器正常输出的能量可能较大，为了避免能量过大对测量造成的影响，可以采集待测激光器谐振腔高反端输出的低能量光束作为光束属性检测的光束，以光纤激光器为正向泵浦光纤激光器为例，泵浦源发出的泵浦激光经（6+1）耦合器耦合进谐振腔内HR端后，增益光纤在谐振腔内吸收915nm的泵浦光后产生激光，并在谐振腔内振荡放大，达到输出阈值以后，最后在谐振腔低反OC端输出产生的1080nm激光，谐振腔高反HR端对1080nm激光的反射率为大于等于99%。即使反射率大于等于99%，也会有相应的1080nm的激光从谐振腔高反HR端反向沿着（6+1）耦合器中心光纤传输出去，从谐振腔HR高反端反向传输的1080nm激光首先经过耦合器（4）的中心光纤反向传输，在耦合器的前端中心光纤上熔接一个反向（2*1）耦合器，反向耦合器的双路端一路上熔接一个隔离器ISO，隔离器的作用是防止激光继续往反向前端传输，反向传输的激光经耦合器双端另一路后到达分光镜组，将大部分能量反射向吸收金属模块，分光镜组透射的一路激光经过耦合镜组后，耦合进红外CCD靶面，此时就可以利用PC上的上位机软件采集光信号状态，就可以监测光纤激光器的整机输出光束的属性。图10是根据本申请实施例的一种光束属性的检测设备与光线激光器的连接详图，如图10所示，光纤激光器包括依次设置的指示红光1001、光隔离器1002、泵浦管1003、（6+1）合束器1004、高反光栅1005、增益光纤1006、低反光栅1007、剥模器1008、QBH输出头1009组成，高反光栅1005、增益光纤1006、低反光栅1007组成光纤激光器的谐振腔，多个泵浦源经过（6+1）耦合器1004将泵浦光输入到谐振腔内，给增益光纤吸收，从而实现粒子数反转而受激辐射出激光，激光从低反光栅1007输出，经过剥模器1008剥除包层中多余的泵浦光，再经输出头QBH1009输出，一般地，光纤光栅的高反端对激光的反射率要求大于99%，不难得出，还是会有部分激光从高反端反向传输出去，所以器件隔离器的作用是防止这一部分激光继续往反向端传输对指示红光管的损坏，这就形成了一个完整的正向泵浦光纤激光器的结构原理光路。光束属性的检测设备包括反向（2+1）合束器1010、吸收材料1011、分光镜1012、耦合镜组1013、光束参数探测器（CCD探测器）1014、光束属性处理器（计算机）1015。利用反向（2*1）耦合器1010的单向端与（6+1）耦合器1004的中心光纤端熔接，中心光纤为传输激光信号的光纤，将反向沿着中心光纤传输的激光分一路作为采集信号，激光首先经过分光镜1012分光，分光镜上镀有对目标波长光束的半反半透模，这样的目的是确保到达光束参数探测器（CCD探测器）1014的激光是在其损伤阈值范围以内，多余能量的激光反射向吸收模块，吸收材料1011的组成是红外黑体材料，能大量吸收红外光并转换成能量散失，经过透射的激光信号再次经耦合镜组1013耦合进光束参数探测器（CCD探测器）1014靶面，CCD型号为ARTCAM-131TNIR，响应波长为900nm~1700nm，有效感光面积为9.7mm*7.7mm，帧频为258fps，功率损伤阈值为50mW，接口为C-mount接口，利用光束属性处理器（计算机）1015上的上位机软件就可以实现采集小功率激光信号的检测从而实现整个激光器输出稳定性的监控。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种光束属性的检测设备，其特征在于，包括：光束能量调节器和光束属性检测器，其中，

所述光束能量调节器的入光面与待检测激光器连接，所述光束能量调节器的出光面与所述光束属性检测器的光接口连接。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光束能量调节器为光束过滤器，其中，所述光束过滤器的出光参数与所述光束属性检测器的入光条件匹配。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述光束过滤器，包括：分光镜，其中，

所述分光镜对目标波长的光束具有目标比例的透光率。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述光束过滤器，还包括：吸光材料，其中，所述吸光材料设置于所述分光镜的反射光路上。

5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述光束过滤器，还包括：耦合镜组，其中，

所述耦合镜组位于所述分光镜的出光面侧，所述耦合镜组的光路与所述分光镜的透射光路同轴，所述耦合镜组的出光面与所述光束属性检测器的光接口连接。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光束能量调节器包括多个光束过滤器，其中，所述多个光束过滤器与多个光束过滤参数一一对应，

所述多个光束过滤器中的目标光束过滤器所对应的目标光束过滤参数与所述待检测激光器匹配。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光束能量调节器的入光面通过分光器的第一光束输出端与所述待检测激光器连接，其中，

所述分光器的光束输入端和第二光束输出端连接在所述待检测激光器中。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，在所述待检测激光器的泵浦源不位于所述待检测激光器的谐振腔的高反端的情况下，所述分光器的光束输入端与所述谐振腔的高反端连接，所述分光器的第二光束输出端与所述待检测激光器的光隔离器连接。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，在所述待检测激光器的泵浦源位于所述待检测激光器的谐振腔的高反端的情况下，所述分光器的光束输入端与所述泵浦源的泵浦光合束器的信号输出端连接，所述分光器的第二光束输出端与所述待检测激光器的光隔离器连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述光束属性检测器，包括：光束参数探测器和光束属性处理器，其中，

所述光束参数探测器的光接口与所述光束能量调节器的出光面连接，所述光束参数探测器的光束参数输出端与所述光束属性处理器的输入端连接。

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