CN113588136B - 一种激光功率计 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光功率计，主要包括吸收体和外壳两部分。其中，核心部分是吸收体，采用一整块高热导率材料加工而成，包含吸收靶面、导流组件、散热组件等部分。吸收靶面正对外壳的激光入射口，靶面包含一系列同心的V型圆环槽，用于提高对入射激光的吸收率。导流组件包含一组导流柱阵列，导流柱之间的孔两端分别安装温度传感器，可测量吸收体内部热端和冷端的温度。根据测得的温度差可计算得到待测激光功率。散热组件置于流水环境中，以提高散热效率。外壳上开有进水口和出水口，与外部冷却水连接实现水冷散热。该激光功率计采用一体化吸收体设计，可缩短热平衡时间，提高响应速度。同时，吸收靶面的激光吸收率高，测量结果更加准确稳定。

Description

一种激光功率计

技术领域

本发明属于激光辐射参数测量技术领域，涉及激光功率测量装置，尤其是一种高功率激光功率计。

背景技术

近年来，高功率激光技术日益成熟，并广泛应用于多种领域。在此过程中，激光器的输出功率不断提高，如近年来发展最快的光纤激光器，单模块输出功率已达到万瓦以上，多模激光输出功率突破100kW。随着激光功率水平的提高，需要配备相应的激光功率测量设备，进行性能监测和评估。目前的高功率激光功率计普遍采用量热的方法进行激光功率测量，但在测量准确度、响应速度和抗激光损伤方面无法满足当前高功率激光的测量要求。这是因为，一方面，现有激光功率计大部分是测量吸收体表面温度，而非内部温度，因此，测温误差较大，而且很容易发生温漂。另外，现有激光功率计在热传导过程中的热阻较大，热平衡时间长，功率计响应较慢。此外，现有激光功率计对入射激光的扩束比较低，吸收面上的激光功率密度分布不均匀，导致抗激光损伤能力差，测量过程中被激光打坏的概率非常大。

因此，非常有必要开发一种新型激光功率计，提高其测量准确度和响应速度，同时还要提高激光功率计的抗激光损伤能力，以更好地满足当前高功率激光的测量需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种新型激光功率计，测量准确性高，性能稳定，响应速度快，激光损伤阈值高。

本发明的技术方案如下：

一种激光功率计，主要包括吸收体和外壳。所述吸收体采用一整块高热导率材料加工而成，包含吸收靶面、导流组件、散热组件等部分，可实现光的吸收、光热转换、热能传导和测量、冷却等功能。

所述吸收靶面正对所述外壳的激光入射口，所述吸收靶面包含一系列同心的V型圆环槽，可增大对入射激光的吸收面积，降低激光功率密度，从而可提高抗激光损伤能力。所述吸收靶面还可通过表面处理工艺提高对激光的吸收率，进而提高测量准确度。

所述导流组件的作用是测量吸收体内部的温度。所述导流组件包含一组导流柱阵列，导流柱之间的孔两端分别安装温度传感器，用于测量吸收体内部热端和冷端的温度。根据热端和冷端的温差，通过进一步计算分析，可获得待测激光的功率值。

所述散热组件置于流水环境中，用于提高吸收体的散热效率。所述流水环境是指与外部冷却水连通并可持续循环流动的环境。

所述吸收靶面、导流组件、散热组件三者沿着待测激光传输方向依次排列并集于一体，通过一整块高热导率材料加工而成。通常可采用的材料包括但不限于纯铜、无氧铜、纯铝、铝合金等。

所述外壳可包含前外壳和后外壳。所述前外壳包含激光入射口和电气连接口。所述后外壳包含进水口和出水口，并分别与外部冷却水连通。

所述激光功率计通过电缆与外部控制与显示仪表相连，或与计算机相连，实现激光功率的测量分析。

所述后外壳与所述吸收体的连接处设置有密封胶圈，用于密封防水。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1.本发明所述激光功率计中专门设置有导流组件，可实现吸收体内部温度的测量，与常规的测量表面温度的方法相比，测量准确度更高，稳定性更好。

2.本发明所述激光功率计的吸收体采用一整块高热导率材料加工而成，包含吸收靶面、导流组件和散热组件等关键功能模块，从根本上避免了常规激光功率计由于装配热接触导致热阻增大的问题，使激光功率计的响应速度显著提高。

3.本发明采用具有V型圆环槽结构的靶面进行激光的吸收，与传统的平面结构相比，一方面可大大降低激光功率密度，提高激光损伤阈值，另一方面提高靶面的吸收率，减小测量误差。

附图说明

图1是本发明实施例的一种激光功率计的外形结构图；

图2是本发明实施例的一种激光功率计的内部结构图；

图3是本发明实施例的一种激光功率计的吸收体前端结构图；

图4是本发明实施例的一种激光功率计的吸收体后端结构图。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～4所示，本实施例的一种激光功率计主要包括吸收体1和外壳2。所述吸收体1置于所述外壳2的内部，二者通过螺丝固定在一起。

所述吸收体1是所述激光功率计的核心组件，采用一整块纯铜加工制作而成，包含吸收靶面101、导流组件102和散热组件103等关键功能模块。

所述吸收体1的前端是吸收靶面101，用于吸收入射激光的能量并将其转化为热能。为了提高对入射激光的吸收率，所述吸收靶面101加工成底部尖锐的V型圆环槽结构，并对所述吸收靶面101采取表面处理工艺以提高其对激光的吸收率。

所述吸收体1还包括导流组件102。所述导流组件102是由一系列尺寸相同的导流柱等间距排列而成的导流柱阵列，相邻导流柱之间为一系列的孔。导流柱靠近靶面的一端为热端，靠近散热组件的一端为冷端。将多个温度传感器分别安装于相邻导流柱之间孔的热端和冷端，可测量出热量传导过程中吸收体内部热端和冷端的温度，计算可得到其温度差，进而可计算出入射激光的功率。

所述吸收体1的后端为散热组件103。所述散热组件103为散热片结构，即由一系列等厚度的散热片等间距排列而成。所述散热组件103置于循环水环境中来实现散热，确保所述吸收体1的温度不超过所允许的最高温度，以保证设备的安全和功能正常。

所述吸收体1的中间凸出部分为安装法兰，用于与外壳的安装固定。所述安装法兰包括密封槽5，用于安装密封胶圈，将冷却水密封在所述散热组件周围的密闭空间中，避免水漏出。所述安装法兰的周围设置有一系列安装孔，用于通过螺丝实现与外壳的固定。

所述外壳2包括前外壳201和后外壳202。所述前外壳201的前端中间位置开孔，作为测量时的激光入射口3。所述激光入射口3与所述吸收体1的所述吸收靶面101同心设置。所述前外壳201的侧边还包括一开孔，用于穿过与温度传感器相连的电气线缆，并与外部测量仪表相连接。所述后外壳202的后端分别开有进水口4和出水口3，用于连接外部的进水管和出水管。

所述外壳2上还包括固定组件6，用于将所述激光功率计通过相应的支撑组件进行安装和固定。

所述激光功率计的工作过程如下：

将待测激光对准所述激光功率计的激光入射口3照射，激光被所述吸收体1的吸收靶面101吸收，转化为热量，并沿着所述吸收体1从前端向后端传导，热流经过所述导流组件102时，引起导流柱温度的变化，即吸收体内部由于吸收激光能量而产生的温度变化。该温度信号由分布在热端和冷端的多个温度传感器进行采集，并传输至与之相连的外部负责控制和显示的仪表或者计算机系统，通过进一步的数据分析处理，得到待测激光功率值。在所述激光功率计工作过程中，外部冷却水通过所述进水口4和出水口3对所述吸收体1进行冷却散热。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种激光功率计，其特征在于，包括吸收体和外壳；所述吸收体安装于所述外壳的内部，所述吸收体采用一整块高热导率材料加工而成，包含吸收靶面、导流组件、散热组件；所述吸收靶面、导流组件、散热组件三者沿着待测激光传输方向依次排列并为一体式结构；所述吸收靶面正对所述外壳的激光入射口，所述吸收靶面包含一系列同心的V型圆环槽；所述导流组件包含一组由相同的导流柱等间距排列而成的导流柱阵列，相邻导流柱之间为一系列的孔，导流柱靠近靶面的一端为热端，靠近散热组件的一端为冷端，将多个温度传感器分别安装于相邻导流柱之间孔的热端和冷端，用于测量吸收体内部热端和冷端的温度；所述吸收体的后端为散热组件，散热组件由一系列等厚度的散热片等间距排列而成；所述散热组件置于流水环境中，所述流水环境是指与外部冷却水连通并可持续循环流动的环境。

2.根据权利要求1所述的一种激光功率计，其特征在于，所述外壳包含前外壳和后外壳，所述前外壳包含激光入射口和电气连接口，所述后外壳包含进水口和出水口，并分别与外部冷却水连通。

3.根据权利要求1所述的一种激光功率计，其特征在于，所述激光功率计通过电缆与外部控制与显示仪表相连，或与计算机相连，实现激光功率的测量分析。

4.根据权利要求2所述的一种激光功率计，其特征在于，所述后外壳与所述吸收体的连接处设置有密封胶圈，用于密封防水。