[實用新型]一種半導體激光器激光功率實時在線檢測裝置

有效

• 申請號: 200820123290.9
• 申請日: 2008-12-31
• 公開（公告）號: CN201368769Y
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 王智勇;秦文斌;宋禹
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J1/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術領域

本實用新型涉及一種半導體激光器激光功率實時在線檢測裝置，該裝置可以實時檢測半導體陣列激光器中激光輸出功率以及激光加工過程中工件表面反射回到半導體激光器表面的光功率，屬于激光光電檢測領域。

背景技術

激光輸出功率是激光器的關鍵參數之一，在激光加工領域，激光器的激光功率直接影響著加工范圍、加工工藝和加工質量等參數，因此，激光功率的檢測是激光器不可缺少的組成部分。

目前，高功率半導體陣列激光器激光輸出功率的檢測主要是采用激光功率計進行離線測量，這對于科研用激光器是可行的，但是，對于工業加工用激光器，離線測量需要中斷加工過程，而且不能實時反映加工過程中激光功率的變化情況，并且現有的高功率激光功率計結構比較復雜、體積較大，難于和體積較小的半導體激光器實現集成。另外，高功率半導體陣列激光器具有發光單元尺寸在微米量級、光束發散角大、光束強度空間分布不均勻等特點，所以現有的大功率氣體激光器和固體激光器的激光功率在線檢測裝置無法應用到高功率半導體陣列激光器上。

激光加工中，當激光照射到那些對激光吸收率較低的材料或是表面光潔度較高的材料時，部分激光會反射回到半導體激光器的表面，對激光器造成損傷，嚴重時會損壞激光器。因此，對激光加工過程中工件反射回到半導體激光器表面的光功率進行實時在線的檢測，能夠避免激光加工時因為工件反光而造成的半導體激光器損傷。目前，還沒有針對激光加工中工件反射光功率的檢測裝置。

實用新型內容

本實用新型提供了一種激光功率在線檢測裝置，該裝置可以集成于半導體陣列激光器的輸出光路中，能夠同時實現激光輸出功率和工件反射光功率的實時在線檢測。

本實用新型的基本思路為：在半導體陣列激光器的光路中放置一片分光鏡，從激光器輸出的激光光束S和工件反射光光束R中分出小部分的光束S1和光束R1，針對半導體激光光束強度在空間上分布不均勻的特點，分別對光束S1和光束R1進行光強勻化和衰減處理，得到光強較均勻的光束S2和光束R2，采用兩個光電轉換模塊分別將光束S2和光束R2的光功率信號轉換為與之成線性關系的電流信號Is和Ir，再將電流信號Is和Ir經過運算放大電路轉換成電壓信號并進行放大，然后經過濾波電路濾波后得到0-5V范圍內的電壓信號Us和Ur，通過實時測量電壓信號Us和Ur的值就可以計算出輸出激光S的功率Ps和工件反射光R的功率Pr。

本實用新型采用的技術方案如下：本檢測裝置包括分光鏡、激光輸出功率檢測部分和工件反射光功率檢測部分。所述的激光輸出功率檢測部分包括光束勻化衰減系統、第一光電轉換模塊和第一信號放大濾波模塊。所述的工件反射光功率檢測部分包括光束勻化聚焦系統、第二光電轉換模塊和第二信號放大濾波模塊。

激光器的輸出激光經過分光鏡時發生反射的光束S1經過光束勻化衰減系統后照射到第一光電轉換模塊上產生小電流信號，小電流信號經過第一信號放大濾波模塊進行放大濾波后得到與激光器輸出功率成線性關系的電壓信號。

工件反射光光束經過分光鏡時反射的光束R1經過光束勻化聚焦系統后照射到第二光電轉換模塊上產生小電流信號，小電流信號經過第二信號放大濾波模塊進行放大濾波后得到與工件反射光功率成線性關系的電壓信號。

所述的分光鏡與激光器輸出光路的光軸成30度～60度角放置。

所述光束勻化衰減系統包括沿光的傳播方向依次放置的第一毛玻璃片和衰減片，第一毛玻璃片與光束S1的光軸成30度～60度角放置。

所述光束勻化聚焦系統包括沿光的傳播方向依次放置的第二毛玻璃片和凸透鏡，第二毛玻璃片與光束R1的光軸成30度～60度角放置。

所述的光電轉換模塊為光電二極管。

本實用新型具有以下優點：

1)實現了高功率半導體陣列激光器激光輸出功率和加工時工件反射光功率的同時在線檢測；

2)檢測裝置結構簡單，體積小，可以集成到高功率半導體陣列激光器的光路中；

3)通過對光束S1和光束R1不同比例的衰減，可以實現從幾十瓦到幾萬瓦半導體激光器光功率的檢測，適用范圍廣。

附圖說明

圖1激光功率在線檢測裝置結構組成圖

圖2光束勻化衰減系統實施例1的結構示意圖

圖3光束勻化聚焦系統實施例1的結構示意圖

圖4光束勻化衰減系統實施例2的結構示意圖

圖5光束勻化聚焦系統實施例2的結構示意圖