本發(fā)明涉及光學(xué)測量，尤其涉及一種高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著激光技術(shù)的發(fā)展,激光能量不斷突破光電型功率計的飽和閾值，因此，出現(xiàn)了可以測量高功率的光熱型功率計。該類型的功率計探頭在激光輻照下吸收能量，以探頭內(nèi)的熱電傳感器溫度升高實現(xiàn)功率的測量。基于激光的熱效應(yīng)和金屬的熱電效應(yīng)設(shè)計原理，該種功率測量手段具有光譜響應(yīng)平坦、相對不容易達(dá)到飽和、受光照角度和位置影響比較小的優(yōu)點(diǎn)，在常規(guī)激光能量下能夠獲得準(zhǔn)確測得結(jié)果。但在強(qiáng)激光能量下，激光熱效應(yīng)堆積量高，導(dǎo)致測量精度降低；熱效應(yīng)堆積時間長，響應(yīng)慢問題凸顯。極大的制約了該種功率特性測量方式在強(qiáng)激光領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、針對強(qiáng)激光的功率精確檢測需求，現(xiàn)階段檢測手段主要存在以下幾方面問題：

3、(1)精度不足。現(xiàn)階段功率探測單元材料容易被強(qiáng)激光損傷，同時耦合系數(shù)會發(fā)生改變，最終導(dǎo)致檢測精度大于5％，相較于常規(guī)激光功率測量精度會明顯下降。

4、(2)瞬時特性檢測手段缺失。強(qiáng)激光毀傷、打擊、切割能力出眾，作業(yè)時長一般在數(shù)秒內(nèi)，而現(xiàn)階段功率測量設(shè)備需要一定時間熱效應(yīng)堆積，因此無法測量瞬時功率，作業(yè)時激光穩(wěn)定度等特性。

5、(3)動態(tài)特性檢測手段缺失。受限于需要熱效應(yīng)堆積的工作模式，強(qiáng)激光在工業(yè)領(lǐng)域、加工與測量應(yīng)用過程中僅能開展停止作業(yè)時靜態(tài)功率測量，缺少檢測在線功率特性等動態(tài)參數(shù)的手段。

6、傳統(tǒng)的高激光能量檢驗手段多依托光的熱效應(yīng)思路設(shè)計，對于強(qiáng)激光，不僅吸收材料表面極易被激光損傷，吸收材料屬性也容易發(fā)生改變，最終致測量精度和靈敏度降低，限制了該方法可檢測激光能量上限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，能夠可以實現(xiàn)遠(yuǎn)場功率密度及光斑分布測量功能、激光瞬時/平均功率測量功能、出光時長測量功能且功率穩(wěn)定，為強(qiáng)激光作用效果提供技術(shù)支撐。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，包括光力探測模塊、光熱探測模塊和設(shè)備；所述的光力探測模塊包括密閉黑箱和設(shè)置在密閉黑箱內(nèi)的高反射鏡組和稱重傳感器，所述的高反射鏡組包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡；所述的密閉黑箱的兩側(cè)分別設(shè)置有入光口和出光口，第一反射鏡用于將入光口進(jìn)入的光束反射到第二反射鏡上，第三反射鏡用于將第二反射鏡反射的光反射到出光口，稱重傳感器設(shè)置在第二反射鏡的下面用于獲得激光束通過第二反射鏡時的高精度光力質(zhì)量；所述的光力探測模塊設(shè)置在光力探測模塊出光口的光路上，用于對激光進(jìn)行嵌套測量，即不消耗光能的前提下獲得功率值；所述的降溫設(shè)備與光熱探測模塊連接，用于保證帶走光熱探測模塊對尾光吸收時產(chǎn)生的高熱。

4、所述的光熱探測模塊采用15k-w-bb-45型光熱探測器。

5、所述密閉黑箱的入光口和出光口透射率高于99.8％，高反射鏡組的反射率高于99.98％，第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡安裝角度依次為35°、0°和35°。

6、所述高反射鏡組使用反射薄膜的材料主要采用zns，ybf3，ge三種材料，從多層膜體系的角度鎖定三種材料鍍膜工藝，獲取材料基礎(chǔ)性能參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化多層膜結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)中長波的譜段的高反射，同時最大抗損傷閾值可以達(dá)到95.5kw/cm2。

7、所述的稱重傳感器的分辨率達(dá)到10μg

8、還包括有溫度傳感器、電加熱模塊、半導(dǎo)體制冷模塊和控制器，所述的溫度傳感器用于檢測環(huán)境溫度，其輸出端連接控制器的輸入端，半導(dǎo)體制冷模塊和電加熱模塊的控制輸入端分別連接控制器的輸出端，用于控制啟停，進(jìn)而保持光力探測模塊的環(huán)境溫度。

9、還包括有保溫層，所述的保溫層包覆設(shè)置在光力探測模塊的外面。

10、所述的降溫設(shè)備采用水冷機(jī)。

11、本發(fā)明通過設(shè)置在一個光路上先后進(jìn)行設(shè)置光力探測模塊和光熱探測模塊，從而可以實現(xiàn)協(xié)同功率測量；通過光力探測模塊實現(xiàn)高于1.5kw范圍強(qiáng)激光功率的高準(zhǔn)確度測量,0w-1.5kw范圍采用光熱探測模塊進(jìn)行測量和對尾光進(jìn)行吸收，液冷設(shè)備不僅保證測量結(jié)果準(zhǔn)確，而且用于處理強(qiáng)激光輻射的熱量，保證設(shè)備安全。通過本發(fā)明法能夠測量激光的瞬時、平均功率，并且可以穩(wěn)定的長時出光檢測。

技術(shù)特征：

1.一種高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：包括光力探測模塊、光熱探測模塊和設(shè)備；所述的光力探測模塊包括密閉黑箱和設(shè)置在密閉黑箱內(nèi)的高反射鏡組和稱重傳感器，所述的高反射鏡組包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡；所述的密閉黑箱的兩側(cè)分別設(shè)置有入光口和出光口，第一反射鏡用于將入光口進(jìn)入的光束反射到第二反射鏡上，第三反射鏡用于將第二反射鏡反射的光反射到出光口，稱重傳感器設(shè)置在第二反射鏡的下面用于獲得激光束通過第二反射鏡時的高精度光力質(zhì)量；所述的光力探測模塊設(shè)置在光力探測模塊出光口的光路上，用于對激光進(jìn)行嵌套測量，即不消耗光能的前提下獲得功率值；所述的降溫設(shè)備與光熱探測模塊連接，用于保證帶走光熱探測模塊對尾光吸收時產(chǎn)生的高熱。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：所述的光熱探測模塊采用15k-w-bb-45型光熱探測器。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：所述密閉黑箱的入光口和出光口透射率高于99.8%，高反射鏡組的反射率高于99.98%，第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡安裝角度依次為35°、0°和35°。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：所述高反射鏡組使用反射薄膜的材料主要采用zns，ybf3，ge三種材料，從多層膜體系的角度鎖定三種材料鍍膜工藝，獲取材料基礎(chǔ)性能參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化多層膜結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)中長波的譜段的高反射，同時最大抗損傷閾值可以達(dá)到95.5kw/cm2。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：所述的稱重傳感器的分辨率達(dá)到10μg。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：還包括有溫度傳感器、電加熱模塊、半導(dǎo)體制冷模塊和控制器，所述的溫度傳感器用于檢測環(huán)境溫度，其輸出端連接控制器的輸入端，半導(dǎo)體制冷模塊和電加熱模塊的控制輸入端分別連接控制器的輸出端，用于控制啟停，進(jìn)而保持光力探測模塊的環(huán)境溫度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：還包括有保溫層，所述的保溫層包覆設(shè)置在光力探測模塊的外面。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，其特征在于：所述的降溫設(shè)備采用水冷機(jī)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高精度的強(qiáng)激光功率特性測量系統(tǒng)，包括光力探測模塊、光熱探測模塊和設(shè)備；光力探測模塊包括密閉黑箱和設(shè)置在密閉黑箱內(nèi)的高反射鏡組和稱重傳感器，高反射鏡組包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡；所述的密閉黑箱的兩側(cè)分別設(shè)置有入光口和出光口，稱重傳感器設(shè)置在第二反射鏡的下面用于獲得激光束通過第二反射鏡時的高精度光力質(zhì)量；所述的光力探測模塊設(shè)置在光力探測模塊出光口的光路上。本發(fā)明通過設(shè)置在一個光路上先后進(jìn)行設(shè)置光力探測模塊和光熱探測模塊，從而可以實現(xiàn)協(xié)同功率測量；通過光力探測模塊實現(xiàn)高于1.5KW范圍強(qiáng)激光功率的高準(zhǔn)確度測量。通過本發(fā)明法能夠測量激光的瞬時、平均功率，并且可以穩(wěn)定的長時出光檢測。

技術(shù)研發(fā)人員：沈靜,趙麗東,張輝,黃向民,孫俊濤,付榮華,陳仁濤,張棟,陳偉,宋城虎,李珍珍,于深
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中原電子技術(shù)研究所（中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26