一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针

    专利查询2025-06-04  74


    本发明属于高能激光测量,具体涉及一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针。


    背景技术:

    1、高能聚焦激光在加工、制造和焊接等领域具有重要作用,典型聚焦光斑直径为百微米到毫米级,高能聚焦激光质量的好坏直接影响激光的性能,急需评价光束质量因子、光斑直径、光斑强度分布、束宽、焦点位置、光束参数积、光束聚焦特性等参数,一种高效稳定可测量高能聚焦激光的测量仪器对提高激光的应用至关重要。

    2、针对高能激光光束质量测试系统主要使用分光束法、实心探针法、辐带轮法、滚筒式激光模式测量法、空腔扫描探针采样测量等测量方法。分光束法是间接测量方法,常采用衰减分束系统来将高能激光衰减到低于探测器阈值的范围来进行测量,衰减系统常会影响测试的精准度;实心探针法和辐带轮法是采用实心探针来反射激光束进行探测的方法,这种方法可以测量高能激光光束的功率密度分布,可以测量聚焦光斑,但是在测量时难以得到准确的结果而限制应用范围;滚筒式激光测量仪采用滚筒式的结构进行测量,激光照射到螺旋分布的小孔位置,穿过小孔后通过透镜聚集到探测器,通过旋转滚筒可以得到多条扫描带,进而可以测得整个光束的功率密度分布,但是这种测量方式无法实时测量,也不能用于测量聚焦光斑;

    3、如图1所示,空腔扫描探针法利用空腔扫描探针来对激光束进行扫描采样得到相应的激光强度和功率密度二维分布,待测激光束9由空腔扫描探针14的微孔10取样,经反射镜15两次反射将光信号传输至光电探测器12,通过高速转轴11和平移台13的运动,在激光纵向上进行移动重复采样可以得到三维的激光分布,该方法可以实现实时测试,可以对聚焦/非聚焦光斑探测。

    4、空腔扫描探针法的核心便是空腔扫描探针的设计,而传统空腔扫描探针在测量高能聚焦光斑中,由于探针采样结构材质为金属材料,受热易变形;且采用传统反射镜作为导光结构,对于表面镀膜和位置安装提出了更严格的要求,无法进行万瓦级高能激光直接测量等,因此,设计一种便于在线实时测量高能聚焦激光的空腔扫描探针迫在眉睫。


    技术实现思路

    1、为解决上述技术问题,本发明提供了一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,将所探测高能激光经过散射体散射得到散射光、经衰减后输出探测光信号,对整个激光的位置、强度、光束质量等进行实时在线测量,避免了传统金属材料探针熔点低(约1000℃)易烧蚀、变形导致采样探孔堵塞的弊端,能够满足不同功率、损伤阈值高能聚焦激光的测量需求。

    2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

    3、一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,包括空腔扫描探针盖、空腔扫描探针主体、衰减镜片压板、衰减镜片压板固定螺钉、衰减镜片保持弹簧、衰减镜片、散射体;

    4、所述空腔扫描探针盖和空腔扫描探针主体均为空心结构,且二者相互焊接固定,所述空腔扫描探针盖前端内部开有圆形沉孔,用于固定散射体,前端外部开有采样微孔,用于接收高能聚焦激光,所述散射体所在的位置与采样微孔相对应;

    5、所述空腔扫描探针主体内部靠近空腔扫描探针盖的方向安置衰减镜片,通过在远离空腔扫描探针盖的方向依次布置的衰减镜片保持弹簧、衰减镜片压板和一对衰减镜片压板固定螺钉固定。

    6、进一步的,空腔扫描探针盖为空心类圆锥形,尖端外部开的采样微孔范围为直径10μm~100μm;所述空腔扫描探针主体为空心柱体,所述空腔扫描探针盖的圆锥端面与所述空腔扫描探针主体的轴线对齐,并焊接固定。

    7、进一步的,所述散射体,采用耐高温、耐激光烧蚀的材料制备,材料最高熔点高于2000℃。

    8、进一步的,所述散射体,采用耐高温的掺杂稀土元素的发光材料制备。

    9、进一步的,所述衰减镜片,采用固定光谱透过率吸收型镜片、镀不同透射率的镜片、不同粗糙度的毛玻璃的任一种。

    10、进一步的,所述采样微孔形状为锥形、圆柱形任一种。

    11、进一步的,所述空腔扫描探针盖外侧壁镀有高反射率激光反射膜,所述空腔扫描探针盖内侧壁由尖端向圆锥端面包括半径逐渐增大的圆形镂空。

    12、进一步的,所述空腔扫描探针主体内腔还包括聚焦透镜、发散透镜的任一种,实现与采样传感器的线性匹配。

    13、进一步的,所述衰减镜片保持弹簧充满整个空腔扫描探针主体,衰减镜片压板封闭空腔扫描探针主体的一端面。

    14、本发明的有益效果在于:

    15、本发明一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针包含的空腔扫描探针盖,尖端开有一微米级微孔,作为高能聚焦激光采样微孔,提高了高能聚焦激光光斑的采样精度;采用耐2000℃的材料制作散射体,将高能聚焦激光进行散射以得到低强度的散射光,避免了传统空腔扫描探针采用高反射镜作为导光结构的弊端(反射镜安装、表面镀膜及膜系选择等),既降低了高能聚焦激光对探针表面材料的损伤,又增大了可测最大功率密度范围。



    技术特征:

    1.一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,包括空腔扫描探针盖(1)、空腔扫描探针主体(2)、衰减镜片压板(3)、衰减镜片压板固定螺钉(4)、衰减镜片保持弹簧(5)、衰减镜片(6)、散射体(7);

    2.根据权利要求1所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,空腔扫描探针盖(1)为空心类圆锥形,尖端外部开的采样微孔(8)范围为直径10μm~100μm;所述空腔扫描探针主体(2)为空心柱体,所述空腔扫描探针盖(1)的圆锥端面与所述空腔扫描探针主体(2)的轴线对齐,并焊接固定。

    3.根据权利要求1所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,所述散射体(7),采用耐高温、耐激光烧蚀的材料制备,材料最高熔点高于2000℃。

    4.根据权利要求1所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,所述散射体(7),采用耐高温的掺杂稀土元素的发光材料制备。

    5.根据权利要求1所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,所述衰减镜片(6),采用固定光谱透过率吸收型镜片、镀不同透射率的镜片、不同粗糙度的毛玻璃的任一种。

    6.根据权利要求2所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,所述采样微孔(8)形状为锥形、圆柱形任一种。

    7.根据权利要求1所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,所述空腔扫描探针盖(1)外侧壁镀有高反射率激光反射膜,所述空腔扫描探针盖(1)内侧壁由尖端向圆锥端面包括半径逐渐增大的圆形镂空。

    8.根据权利要求1所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,所述空腔扫描探针主体(2)内腔还包括聚焦透镜、发散透镜的任一种,实现与采样传感器的线性匹配。

    9.根据权利要求1所述的一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,其特征在于,所述衰减镜片保持弹簧充满整个空腔扫描探针主体,衰减镜片压板封闭空腔扫描探针主体的一端面。


    技术总结
    本发明公开了一种可测量高能聚焦激光的空腔扫描探针,属于高能激光测量技术领域。所述空腔扫描探针的空腔扫描探针盖与空腔扫描探针主体采用焊接固定,空腔扫描探针盖内部尖端固定有一散射体,空腔扫描探针主体内部置有一衰减镜片,通过衰减镜片压板、衰减镜片压板固定螺钉、衰减镜片保持弹簧固定,空腔扫描探针盖外部尖端开有一高能聚焦激光采样微孔,照射至散射体进行散射得到匀化后的散射光,而后散射光经衰减镜片,最终将待测高能聚焦激光转换得到低强度的散射光作为采样光信号。本发明避免了传统金属材料探针熔点低(约1000℃)易烧蚀、变形导致采样探孔堵塞的弊端,能够满足不同功率、损伤阈值高能聚焦激光的测量需求。

    技术研发人员:白勇,麻云凤,王哲,程旺,张之曦,白芳,郭广妍,柯常军,廖利芬
    受保护的技术使用者:中国科学院空天信息创新研究院
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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