專利名稱：激光能量檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
激光能量檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)還涉及一種激光能量檢測(cè)方法。背景技術(shù)：
近幾年，隨著工業(yè)加工應(yīng)用的激光器不斷開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)單的基頻激光器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足種類繁多的材料加工的應(yīng)用。隨著綠光及紫外激光器的研發(fā)成功，已經(jīng)逐漸有相應(yīng)的激光切割、激光打標(biāo)以及其他激光精細(xì)加工設(shè)備相繼面世。在激光應(yīng)用系統(tǒng)中，需要控制工作激光的能量，如果輸出激光能量比較低，需要判斷是外部輸入能量還是系統(tǒng)中的放大器出了問(wèn)題。在大型復(fù)雜激光系統(tǒng)中，各光學(xué)元件排布緊密，在放大器前到耦合頭之間沒(méi)有足夠的空間位置放置能量計(jì)的探頭。要判斷光纖外部輸入的能量是否過(guò)低，只能將光纖拆下測(cè)量外部輸入能量。一旦將光纖拆下再進(jìn)行安裝， 需要重新調(diào)節(jié)光纖端面和耦合頭透鏡之間的距離和角度，距離不合適都將導(dǎo)致外部輸入激光的能量損耗變大。這種方法既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)量效果還不夠精確，影響實(shí)際使用效果。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決激光能量檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜、占用空間位置大的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)以及激光能量檢測(cè)方法。本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是一種激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，包括旋光器、偏振光分束器和光導(dǎo)器，所述旋光器用于接受外部輸入激光并控制外部輸入激光的偏振態(tài)，所述偏振光分束器用于將所述旋光器輸出的外部輸入激光分解為偏振態(tài)相異的工作激光和檢測(cè)激光，所述光導(dǎo)器用于導(dǎo)出所述檢測(cè)激光，通過(guò)測(cè)量所述光導(dǎo)器導(dǎo)出的檢測(cè)激光的能量強(qiáng)度來(lái)測(cè)定所述工作激光的能量強(qiáng)度。進(jìn)一步地，所述偏振光分束器包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一端口用于從所述旋光器輸入偏振態(tài)激光，所述第二端口和所述第三端口分別輸出偏振方向相互垂直的工作激光和檢測(cè)激光。進(jìn)一步地，所述光導(dǎo)器為光導(dǎo)棱鏡，包括第一端口和第二端口，所述光導(dǎo)棱鏡的第一端口用于從所述偏振光分束器的第三端口導(dǎo)出檢測(cè)激光，并通過(guò)光導(dǎo)棱鏡的第二端口導(dǎo)出檢測(cè)激光。進(jìn)一步地，所述光導(dǎo)棱鏡為等邊直角棱鏡，其第一端口和第二端口分別設(shè)置所述等邊直角棱鏡的二直角面上，其斜面用于全反射檢測(cè)激光，并從所述第二端口出射。進(jìn)一步地，所述光導(dǎo)器的第一端口所在的直角面貼合于所述偏振光分束器的第三端口所在的端面。進(jìn)一步地，所述激光能量檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步包括激光能量測(cè)量裝置，用于測(cè)量所述光導(dǎo)器導(dǎo)出的檢測(cè)激光的能量。進(jìn)一步地，所述檢測(cè)激光的能量小于所述外部輸入激光能量的1%。進(jìn)一步地，所述工作激光的實(shí)時(shí)能量滿足方程IE = 131/%，其中，Ie為工作激光的實(shí)時(shí)能量，I0為外部輸入激光的初始能量，I為檢測(cè)激光實(shí)時(shí)能量，I1為檢測(cè)激光的初始
能量°一種激光能量檢測(cè)方法，包括步驟通過(guò)激光能量測(cè)量裝置測(cè)量外部輸入激光的初始能量；通過(guò)旋光器調(diào)整外部輸入激光的偏振態(tài)；通過(guò)偏振光分束器分解外部輸入激光為檢測(cè)激光和工作激光；通過(guò)光導(dǎo)器導(dǎo)出檢測(cè)激光；通過(guò)激光能量測(cè)量裝置測(cè)量導(dǎo)出的檢測(cè)激光的初始能量和實(shí)時(shí)能量；根據(jù)外部輸入激光的初始能量、檢測(cè)激光的初始能量和實(shí)時(shí)能量，得到工作激光的實(shí)時(shí)能量。進(jìn)一步地，所述工作激光的實(shí)時(shí)能量滿足方程IE = 131/%，其中，Ie為工作激光的實(shí)時(shí)能量，I0為外部輸入激光的初始能量，I為檢測(cè)激光實(shí)時(shí)能量，I1為檢測(cè)激光的初始
能量°相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的重點(diǎn)在于在利用所述偏振光分束器的分光特性，配合所述旋光器的旋光作用，從外部輸入激光中分解出能量很低的檢測(cè)激光，既不影響進(jìn)入放大器的激光能量，又能通過(guò)檢測(cè)所述檢測(cè)激光的能量來(lái)檢測(cè)出實(shí)際進(jìn)入放大器的工作激光的能量，并且可以達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)的功能，又不需要拆卸保偏光纖或耦合接口，避免了拆卸光學(xué)元件對(duì)外部輸入激光能量的損耗或影響光學(xué)元件的精度。所述激光能量檢測(cè)方法具有快捷方便、操作簡(jiǎn)單的有益效果。同時(shí)，在激光能量檢測(cè)系統(tǒng)中避免了在耦合接口與放大器之間設(shè)置更多的檢測(cè)裝置，達(dá)到了節(jié)省空間、降低成本的作用。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示激光能量檢測(cè)系統(tǒng)偏振光分束器和光導(dǎo)器的放大結(jié)構(gòu)示意圖，圖 2中同時(shí)顯示了激光能量測(cè)量裝置與光導(dǎo)器的工作關(guān)系結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了激光能量檢測(cè)系統(tǒng)及其檢測(cè)方法。請(qǐng)參考圖1，圖1是本發(fā)明激光能量檢測(cè)系統(tǒng)的功能模塊示意圖。所述激光能量檢測(cè)系統(tǒng)100包括保偏光纖1、耦合接口 2、旋光器3、偏振光分束器(Polarizing beaming splitter，PBS)4、光導(dǎo)器5和放大器6。所述保偏光纖1、耦合接口 2、旋光器3、偏振光分束器4、放大器6依序相連，形成一完整的光路。所述保偏光纖1能夠保持在其內(nèi)傳輸?shù)募す獾钠駪B(tài)。所述耦合接口 2用于耦合所述保偏光纖1中的激光。所述旋光器3為法拉第旋光器，能夠使通過(guò)的偏振光的偏振態(tài)發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn)。所述偏振光分束器4可以將不同偏振態(tài)的激光導(dǎo)向不同的方向。所述光導(dǎo)器5用于導(dǎo)出檢測(cè)激光。所述放大器6用于將通過(guò)的激光能量放大，以用于通訊或其他工作。
請(qǐng)進(jìn)一步參看圖2，圖2是所述偏振光分束器4和所述光導(dǎo)器5的立體結(jié)構(gòu)示意圖。所述偏振光分束器4為三端元件，分別為第一端口 41、第二端口 42、第三端口 43。其中所述第一端口 41為輸入端口，用于輸入偏振態(tài)激光；所述第二端口 42和所述第三端口 43 為輸出端口，分別輸出偏振方向相互垂直的兩種不同的偏振態(tài)激光，從所述第二端口 42輸出的為工作激光，從所述第三端口 43輸出的為檢測(cè)激光。由于所述旋光器3和偏振光分束器4共同作用為分離外部輸入激光為工作激光和檢測(cè)激光，所述旋光器3和偏振光分束器4 可統(tǒng)稱為激光分離裝置。當(dāng)然，其他具有相同或相似功能的激光分離裝置亦可應(yīng)用于本發(fā)明，此處不做為對(duì)本發(fā)明的具體限定。所述光導(dǎo)器5為光導(dǎo)棱鏡，也為等邊直角棱鏡，其兩個(gè)直角面上分別設(shè)置有第一端口 51、第二端口 52。其中，所述第一端口 51為輸入端口，用于輸入檢測(cè)激光，所述第二端口 52為輸出端口，用于將檢測(cè)激光導(dǎo)入對(duì)應(yīng)之激光能量測(cè)量裝置8中。當(dāng)然，所述光導(dǎo)器5僅是本發(fā)明的一種典型應(yīng)用，其他的光導(dǎo)器，如光纖等，具有同樣的采集并導(dǎo)出檢測(cè)激光的光學(xué)元件、器件、裝置都可以替代所述光導(dǎo)器5，在此不再贅述。值得注意的是，雖然圖2中所述偏振光分束器4與所述光導(dǎo)器5之間具有一定的距離，這里僅僅是為了說(shuō)明二者的具體結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，所述偏振光分束器4的第三端口 43所在之端面與所述光導(dǎo)器5的第一端口 51所在的直角面通過(guò)固定裝置，如膠水等，相互貼合在一起。當(dāng)然也可以將所述偏振光分束器4與所述光導(dǎo)器5共同設(shè)置在一支撐平臺(tái)上。為了保證激光在所述光導(dǎo)器5的斜面上發(fā)生全發(fā)射，一般不在所述斜面上涂覆膠水等粘合劑，防止激光在所述斜面上產(chǎn)生吸收、漫反射等，影響檢測(cè)激光的精度。以下具體介紹所述激光能量檢測(cè)系統(tǒng)100的檢測(cè)方法。首先，在將所述保偏光纖1接入所述耦合接口 2之前，先行測(cè)量所述外部輸入激光的初始外部輸入能量，記為Ιο。當(dāng)所述保偏光纖1接入所述耦合接口 2之后，激光通過(guò)所述旋光器3進(jìn)入所述偏振光分束器4。此時(shí)，對(duì)所述旋光器3進(jìn)行一微小角度的旋轉(zhuǎn)，輸出具有一定偏振方向的第一激光Α。所述第一激光A進(jìn)入所述偏振光分束器4后，被所述偏振光分束器4分解為偏振態(tài)相互垂直的第二激光B和第三激光C。所述第二激光B作為工作激光從所述第二端口 42輸出，而所述第三激光C作為檢測(cè)激光，從所述第三端口 43輸出，并輸入所述光導(dǎo)器5的第一端口 51。然后所述第三激光C經(jīng)過(guò)所述光導(dǎo)器5的斜面全反射后從該第二端口 52出射，形成第四激光D。所述第四激光D的能量等于所述第三激光C的能量，所述第四激光D 的偏振方向等于或不等于所述第三激光C的偏振方向，偏振方向不影響能量檢測(cè)精度。為了保證檢測(cè)激光的能量盡可能小而不影響工作激光的能量，所述旋光器3的旋轉(zhuǎn)角度必須要控制的非常精確，保證所述偏振光分束器4分解的第三激光C的能量盡可能小，如所述第三激光C的能量?jī)H為所述第一激光A能量的或者以下，而又能夠達(dá)到精確測(cè)量其能量的要求。第四激光D從所述光導(dǎo)器5導(dǎo)出后，進(jìn)入所述激光能量測(cè)量裝置8從而進(jìn)行初始能量測(cè)定。從所述光導(dǎo)器5出射的第四激光D的初始能量，記為Ip當(dāng)開(kāi)始工作后，利用所述激光能量測(cè)量裝置8從所述光導(dǎo)器5的第二端口 52實(shí)時(shí)測(cè)量所述第四激光D的實(shí)時(shí)能量，記為I。值得注意的是，所述第四激光D的能量等于所述第三激光C的能量。
由于所述第四激光D的能量較小，則進(jìn)入所述放大器6的工作激光的實(shí)時(shí)能量Ie 等于所述第二激光B的實(shí)時(shí)能量IB，并且可近似滿足以下方程Ie = Ib = I/(I1A0) = 1,1/% ........................ (I)上述方程中，IciU1為已知數(shù)，只需實(shí)時(shí)檢測(cè)所述第四激光D的實(shí)時(shí)能量I，即可計(jì)算出第二激光B的能量。當(dāng)計(jì)算得出所述第二激光B的能量后，即可得出進(jìn)入所述放大器6的激光能量IE。由于單獨(dú)測(cè)量激光能量方法和測(cè)量裝置有很多種，并且已經(jīng)很成熟，在此引入所述激光能量測(cè)量裝置8為了表明所述激光能量的可準(zhǔn)確測(cè)量性，其并非本發(fā)明的核心內(nèi)容，可參考慣用的激光能量測(cè)量方法、裝置來(lái)測(cè)量來(lái)計(jì)算上述I、I0> I1的精確值，在此將不再贅述。綜上所述，本發(fā)明的重點(diǎn)在于在利用所述偏振光分束器4的分光特性，配合所述旋光器3的旋光作用，從外部輸入激光中分解出能量很低的檢測(cè)激光，既不影響進(jìn)入放大器的工作激光的能量，又能通過(guò)檢測(cè)所述檢測(cè)激光的能量來(lái)計(jì)算出實(shí)際進(jìn)入放大器的工作激光能量，并且可以達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)的功能，又不需要拆卸保偏光纖或耦合接口，避免了拆卸光學(xué)元件對(duì)外部輸入激光能量的損耗或影響光學(xué)元件的精度。所述激光能量檢測(cè)系統(tǒng)100不需要拆卸和重新調(diào)試光學(xué)元件，具有快捷方便、操作簡(jiǎn)單的有益效果。同時(shí)避免了在耦合接口與放大器之間設(shè)置更多的檢測(cè)裝置，達(dá)到了節(jié)省空間、降低成本的作用。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于其包括旋光器、偏振光分束器和光導(dǎo)器，所述旋光器用于接受外部輸入激光并控制外部輸入激光的偏振態(tài)，所述偏振光分束器用于將所述旋光器輸出的外部輸入激光分解為偏振態(tài)相異的工作激光和檢測(cè)激光，所述光導(dǎo)器用于導(dǎo)出所述檢測(cè)激光。
2.如權(quán)利要求1所述的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述偏振光分束器包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一端口用于從所述旋光器輸入偏振態(tài)激光，所述第二端口和所述第三端口分別輸出偏振方向相互垂直的工作激光和檢測(cè)激光。
3.如權(quán)利要求2所述的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光導(dǎo)器為光導(dǎo)棱鏡，包括第一端口和第二端口，所述光導(dǎo)棱鏡的第一端口用于從所述偏振光分束器的第三端口導(dǎo)出檢測(cè)激光，并通過(guò)光導(dǎo)棱鏡的第二端口導(dǎo)出檢測(cè)激光。
4.如權(quán)利要求3所述的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光導(dǎo)棱鏡為等邊直角棱鏡，其第一端口和第二端口分別設(shè)置所述等邊直角棱鏡的二直角面上，其斜面用于全反射檢測(cè)激光，并從所述第二端口出射。
5.如權(quán)利要求4所述的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光導(dǎo)棱鏡的第一端口所在的直角面貼合于所述偏振光分束器的第三端口所在的端面。
6.如權(quán)利要求1或5所述的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括激光能量測(cè)量裝置，用于測(cè)量外部輸入激光的初始能量、測(cè)量所述光導(dǎo)器導(dǎo)出的檢測(cè)激光的初始能量和實(shí)時(shí)能量。
7.如權(quán)利要求1所述的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)激光的能量小于所述外部輸入激光能量的1%。
8.如權(quán)利要求6所述的激光能量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述工作激光的實(shí)時(shí)能量滿足方程IE = WI1,其中，Ie為工作激光的實(shí)時(shí)能量，I0為外部輸入激光的初始能量，I為檢測(cè)激光實(shí)時(shí)能量，I1為檢測(cè)激光的初始能量。
9.一種激光能量檢測(cè)方法，包括步驟通過(guò)激光能量測(cè)量裝置測(cè)量外部輸入激光的初始能量；通過(guò)旋光器調(diào)整外部輸入激光的偏振態(tài)；通過(guò)偏振光分束器分解外部輸入激光為檢測(cè)激光和工作激光；通過(guò)光導(dǎo)器導(dǎo)出檢測(cè)激光；通過(guò)激光能量測(cè)量裝置測(cè)量導(dǎo)出的檢測(cè)激光的初始能量和實(shí)時(shí)能量；根據(jù)外部輸入激光的初始能量、檢測(cè)激光的初始能量和實(shí)時(shí)能量，得到工作激光的實(shí)時(shí)能量。
10.如權(quán)利要求9所述的激光能量檢測(cè)方法，其特征在于所述工作激光的實(shí)時(shí)能量滿足方程IE = WI1,其中，Ie為工作激光的實(shí)時(shí)能量，I0為外部輸入激光的初始能量，I為檢測(cè)激光實(shí)時(shí)能量，I1為檢測(cè)激光的初始能量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光能量檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。該激光能量檢測(cè)系統(tǒng)包括旋光器、偏振光分束器和光導(dǎo)器，所述旋光器用于接受外部輸入激光并控制外部輸入激光的偏振態(tài)，所述偏振光分束器用于將所述旋光器輸出的外部輸入激光分解為偏振態(tài)相異的工作激光和檢測(cè)激光，所述光導(dǎo)器用于導(dǎo)出所述檢測(cè)激光，并通過(guò)測(cè)量所述光導(dǎo)器導(dǎo)出的檢測(cè)激光的能量強(qiáng)度來(lái)測(cè)定所述工作激光的能量強(qiáng)度。所述激光能量檢測(cè)方法具有快捷方便、操作簡(jiǎn)單的有益效果。同時(shí)避免了在耦合接口與放大器之間設(shè)置更多的檢測(cè)裝置，達(dá)到了節(jié)省空間、降低成本的作用。本發(fā)明同時(shí)還提供一種激光能量檢測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01J1/22GK102486406SQ20101060567
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者唐熊忻, 張國(guó)新, 張晶, 樊仲維, 邱基斯 申請(qǐng)人:北京國(guó)科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司