CN220670900U - 一种激光器发散角测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光器发散角测试装置，包括：光源固定架、通光光阑、直线驱动组件；光源固定架上安装有激光器的光纤头，通光光阑设置在激光器的出光光路上，且其上安装有光接收组件，光接收组件用于接收光纤头输出的激光束的边缘光并检测边缘光的功率，直线驱动组件与通光光阑驱动连接，用以驱动通光光阑接近或远离光纤头。其有益效果是，本实用新型的激光器发散角测试装置可以快速、准确地测量出激光器输出光束边缘光的发散角大小，而且不经过任何透镜组，减小了测量误差，同时具有结构简单、安装方便、适配性强的优点。

Description

一种激光器发散角测试装置

技术领域

本实用新型涉及激光器测试技术领域，尤其涉及一种激光器发散角测试装置。

背景技术

在船舶、航天等高新技术领域的需求不断增大和增材制造技术广泛应用的推动下，更大的输出功率成为光纤激光器发展的主要研究内容之一，光纤激光器的输出功率从百万级、千瓦级向万瓦级发展，配置千瓦至数万瓦的大功率光纤激光器的工业装备逐渐成为高端制造业的主流设备。而随着激光器功率的不断提升，激光器本身输出的光束质量会相对地有所劣化，如果切割头光阑大小及结构尺寸设计不合适，会对加工造成很大的影响，所以需要在设计时十分谨慎，这就要求激光器提供的光学参数要足够准确、精确。

目前，市场上现有的光束分析仪，例如FocusMonitor FM+、BeamWatch等，只能相对应地测试光束的直径、光斑形态、焦点漂移等参数，无法得到准确的激光器发散角大小，只能通过换算得知，这样就容易导致激光切割头结构设计有偏差，影响最终应用。

因此亟需提供一种能够准确测得激光器发散角的激光器发散角测试装置。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种激光器发散角测试装置，其解决了现有的测量设备无法准确测得激光器发散角的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型实施例提供一种激光器发散角测试装置，包括：光源固定架、通光光阑、直线驱动组件；

所述光源固定架上安装有激光器的光纤头，所述通光光阑设置在所述激光器的出光光路上，且其上安装有光接收组件，所述光接收组件用于接收所述光纤头输出的激光束的边缘光并检测边缘光的功率，所述直线驱动组件与所述通光光阑驱动连接，用以驱动所述通光光阑接近或远离所述光纤头。

可选地，所述通光光阑的前侧和后侧对称设置所述光接收组件，所述光接收组件包括：

反射棱镜，用于反射所述光纤头输出的激光束的边缘光线；

衰减片，用于衰减所述反射棱镜出射的边缘光线；

光功率计，用于检测所述衰减片出射的边缘光线的光功率；

固定结构件，用于安装所述反射棱镜、衰减片以及光功率计。

可选地，还包括：圆形结构件以及回转驱动组件；

所述通光光阑的内部转动设置圆形结构件，所述圆形结构件沿径向方向设置所述固定结构件，所述回转驱动组件与所述圆形结构件驱动连接，用于驱动所述圆形结构件旋转。

可选地，所述回转驱动组件包括：主动齿轮、从动齿轮、传动带以及电机；

所述从动齿轮与所述圆形结构件同轴连接，所述主动齿轮安装在所述电机的主轴上，所述主动齿轮与所述从动齿轮之间通过所述传动带驱动连接。

可选地，所述衰减片的衰减比例为10％。

可选地，所述直线驱动组件为电动滑轨或直线模组。

可选地，所述光源固定架包括：固定底座、支撑套筒、调节套筒以及调节螺丝；

所述固定底座上安装所述支撑套筒，所述支撑套筒的直径大于所述调节套筒的直径，所述调节套筒设置在所述支撑套筒内，且能够沿着所述支撑套筒的轴向上下移动，所述支撑套筒上开设有螺纹孔，所述调节螺丝穿过螺纹孔与所述调节套筒抵接，用于限制所述调节套筒上下移动。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型的激光器发散角测试装置，由于包括：光源固定架、通光光阑、直线驱动组件；所述光源固定架上安装有激光器的光纤头，所述通光光阑设置在所述激光器的出光光路上，且其上安装有光接收组件，所述光接收组件用于接收所述光纤头输出的激光束的边缘光并检测边缘光的功率，所述直线驱动组件与所述通光光阑驱动连接，用以驱动所述通光光阑接近或远离所述光纤头，相对于现有技术而言，本实用新型的直线驱动组件能够驱动通光光阑接近或远离光纤头，以使通光光阑上光接收组件能够接收到光纤头输出的激光束的边缘光，并检测边缘光线的光功率，当光接收组件检测到的边缘光的光功率等于预设值时，即可通过公式“α＝tanα＝光阑半径/出光点到通光光阑的距离”得出激光器边缘光的发散角，因此本实用新型的激光器发散角测试装置可以快速、准确地测量出激光器输出光束边缘光的发散角大小，而且不经过任何透镜组，减小了测量误差，同时具有结构简单、安装方便、适配性强(适用于所有机型的激光器测量)的优点。

附图说明

图1为本实用新型的激光器发散角测试装置的主视示意图；

图2为图1中的通光光阑的水平剖视示意图；

图3为图2中的圆形结构件和光接收组件的俯视示意图；

图4为图3中的光接收组件的结构示意图；

图5为图1中的光源固定架的结构示意图。

【附图标记说明】

1：直线驱动组件；

2：光源固定架；

3：通光光阑；

4：光纤头；

5：光接收组件

6：反射棱镜；

7：衰减片；

8：光功率计；

9：圆形结构件；

10：固定结构件；

11：主动齿轮；

12：从动齿轮；

13：传动带；

14：固定底座；

15：支撑套筒；

16：调节套筒；

17：调节螺栓。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位名词以图1的定向为参照。

请参见图1、图2、图3和图4，图1示出了本实施例的激光器发散角测试装置的主视示意图，图2示出了本实施例的通光光阑的水平剖视示意图，图3示出了本实施例的圆形结构件和光接收组件的俯视示意图，图4示出了本实施例的光接收组件的结构示意图。

本实施例的激光器发散角测试装置，包括：光源固定架2、通光光阑3、直线驱动组件1以及计算机。光源固定架2上安装有激光器的光纤头4，通光光阑3设置在激光器的出光光路上，且其上安装有光接收组件5，光接收组件5用于接收光纤头4输出的激光束的边缘光并检测边缘光的功率，直线驱动组件1与通光光阑3驱动连接，用以驱动通光光阑3接近或远离光纤头4。

在本实施例中，直线驱动组件1可以为电动滑轨或直线模组，其能够驱动通光光阑3做直线往复运动，以调节通光光阑3与光纤头4之间的距离。

在本实施例中，通光光阑3的前侧和后侧对称设置光接收组件5，光接收组件5包括：

反射棱镜6，用于反射光纤头4输出的激光束的边缘光线；

衰减片7，用于衰减反射棱镜6出射的边缘光线；

光功率计8，用于检测衰减片7出射的边缘光线的光功率；

固定结构件10，用于安装反射棱镜6、衰减片7以及光功率计8。

优选地，衰减片7的衰减比例为10％。使用时，光纤头4输出的激光束的边缘光线依次经过反射棱镜6、衰减片7之后，打在光功率计8上，光功率计8检测边缘光线的光功率。

进一步地，激光器发散角测试装置还包括：圆形结构件9以及回转驱动组件。通光光阑3的内部转动设置圆形结构件9，圆形结构件9沿径向方向设置固定结构件10，回转驱动组件与圆形结构件9驱动连接，用于驱动圆形结构件9旋转。设置上述结构的目的在于，防止高功率的激光束损坏光接收组件5。具体而言，测试激光束发散角的过程中，激光器的光纤头4需要输出高功率的激光束，而光接收组件5中的镜片无法承受长时间的高功率的光线照射，因此通过回转驱动组件驱动圆形结构件9旋转，圆形结构件9旋转带动光接收组件5旋转，使得光接收组件5以间隔接触的形式来接受光线的照射，从而避免高功率的激光束长时间照射光接收组件5。

进一步地，回转驱动组件包括：主动齿轮11、从动齿轮12、传动带13以及电机。从动齿轮12与圆形结构件9同轴连接，主动齿轮11安装在电机的主轴上，主动齿轮11与从动齿轮12之间通过传动带13驱动连接。使用过程中，电机驱动主动齿轮11转动，主动齿轮11通过传动带13带动从动齿轮12转动，从动齿轮12转动带动圆形结构件9转动。

请参见图5，图5示出了光源固定架的结构示意图。本实施例的光源固定架2包括：固定底座14、支撑套筒15、调节套筒16以及调节螺丝17。固定底座14上安装支撑套筒15，支撑套筒15的直径大于调节套筒16的直径，调节套筒16设置在支撑套筒15内，且能够沿着支撑套筒15的轴向上下移动，支撑套筒15上开设有螺纹孔，调节螺丝17穿过螺纹孔与调节套筒16抵接，用于限制调节套筒16上下移动。设置上述结构的目的在于，调节光源固定架2的高度，以使光纤头4输出的激光束通过通光光阑3的中心。

本实施例的激光器发散角测试装置工作原理为：当激光器的发散角α极小时，α＝tanα＝光阑半径/出光点到通光光阑的距离。其中，光阑半径＝两个反射棱镜之间的水平距离/2，可见，光阑半径是常数，能够事先测得。出光点到通光光阑的距离＝滑轨移动距离+出光点至光纤头结构端面距离，可见，该值是动态变化的。

本实施例的激光器发散角测试装置的测试过程如下：首先，调节光源固定架2的高度，使光纤头4与通光光阑3在同一水平线上，保证光纤头4输出的激光束能够顺利通过通光光阑3的正中心。其次，激光器按照设定好的功率、频率、占空比(由人工进行指令输入)连续输出激光束，然后主动齿轮11带动从动齿轮12，从动齿轮12带动圆形结构件9和光接收组件5以设定的转速的高速旋转，此时通光光阑3的位置是在零点处，距离光纤头4最近，光纤头4输出的激光束可以全部通过通光光阑3。再次，直线驱动组件1驱动通光光阑3向远离光纤头4的方向移动，随着通光光阑3逐渐远离光纤头4，这时光纤头4输出的部分边缘光无法通过通光光阑3，而会打到反射棱镜6上，经过反射光路，通过衰减片7后作用在光功率计8上，光功率计8检测边缘光的光功率。当光功率计8检测到边缘光的光功率等于预定值时，直线驱动组件1停止移动通光光阑3。最后，测得通光光阑3与光纤头4之间的距离，再通过公式“α＝tanα＝光阑半径/出光点到通光光阑的距离”得出激光器边缘光的发散角。

以20000w的激光器为例，测激光器99.9％的边缘光发散角大小，激光器99.9％的边缘光的光功率为20000×(1-99.9％)＝20w，经过衰减比例为10％的衰减片7后，激光器99.9％的边缘光的光功率对应为2w。当光功率计8检测到的边缘光线的功率值＜2W时，直线驱动组件1驱动通光光阑3向远离光纤头4方向移动，以使激光束更内侧的光线(光功率更大)照射在光接收组件5上；当光功率计8检测到的边缘光线的功率值＞2W时，直线驱动组件1驱动通光光阑3向靠近光纤头4方向移动，以使激光束更外侧的光线(光功率更小)照射在光接收组件5上；当光功率计8检测到的边缘光线的功率值＝2W时，直线驱动组件1停止移动通光光阑3，此时光接收组件5接收的正是激光器输出的99.9％边缘光，测得此时通光光阑3与光纤头4之间的距离，即可运用公式“α＝tanα＝光阑半径/出光点到通光光阑的距离”计算得出激光器99.9％边缘光的发散角。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种激光器发散角测试装置，其特征在于：包括：光源固定架(2)、通光光阑(3)、直线驱动组件(1)；

所述光源固定架(2)上安装有激光器的光纤头(4)，所述通光光阑(3)设置在所述激光器的出光光路上，且其上安装有光接收组件(5)，所述光接收组件(5)用于接收所述光纤头(4)输出的激光束的边缘光并检测边缘光的功率，所述直线驱动组件(1)与所述通光光阑(3)驱动连接，用以驱动所述通光光阑(3)接近或远离所述光纤头(4)。

2.如权利要求1所述的激光器发散角测试装置，其特征在于：所述通光光阑(3)的前侧和后侧对称设置所述光接收组件(5)，所述光接收组件(5)包括：

反射棱镜(6)，用于反射所述光纤头(4)输出的激光束的边缘光线；

衰减片(7)，用于衰减所述反射棱镜(6)出射的边缘光线；

光功率计(8)，用于检测所述衰减片(7)出射的边缘光线的光功率；

固定结构件(10)，用于安装所述反射棱镜(6)、衰减片(7)以及光功率计(8)。

3.如权利要求2所述的激光器发散角测试装置，其特征在于：还包括：圆形结构件(9)以及回转驱动组件；

所述通光光阑(3)的内部转动设置圆形结构件(9)，所述圆形结构件(9)沿径向方向设置所述固定结构件(10)，所述回转驱动组件与所述圆形结构件(9)驱动连接，用于驱动所述圆形结构件(9)旋转。

4.如权利要求3所述的激光器发散角测试装置，其特征在于：所述回转驱动组件包括：主动齿轮(11)、从动齿轮(12)、传动带(13)以及电机；

所述从动齿轮(12)与所述圆形结构件(9)同轴连接，所述主动齿轮(11)安装在所述电机的主轴上，所述主动齿轮(11)与所述从动齿轮(12)之间通过所述传动带(13)驱动连接。

5.如权利要求2所述的激光器发散角测试装置，其特征在于：所述衰减片(7)的衰减比例为10％。

6.如权利要求1-5任一项所述的激光器发散角测试装置，其特征在于：所述直线驱动组件(1)为电动滑轨或直线模组。

7.如权利要求1-5任一项所述的激光器发散角测试装置，其特征在于：所述光源固定架(2)包括：固定底座(14)、支撑套筒(15)、调节套筒(16)以及调节螺丝(17)；

所述固定底座(14)上安装所述支撑套筒(15)，所述支撑套筒(15)的直径大于所述调节套筒(16)的直径，所述调节套筒(16)设置在所述支撑套筒(15)内，且能够沿着所述支撑套筒(15)的轴向上下移动，所述支撑套筒(15)上开设有螺纹孔，所述调节螺丝(17)穿过螺纹孔与所述调节套筒(16)抵接，用于限制所述调节套筒(16)上下移动。