专利名称：激光功率监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光功率监测装置，尤其是一种用于实时地监测由激光源所 发出的激光的功率的装置。
背景技术：
激光是指受激发射的光放大产生的辐射，具有定向性好、亮度高、能量密度大等众 多优点。因此，激光在多种行业如加工制造、医学、印刷等行业均有广泛的应用。应各种领域 对使用激光的设备的工作要求，需要在应用过程中根据具体情况对激光的功率进行调节， 这就要求首先对激光的功率进行监测。在现有的激光功率监测装置中，在光路结构中采用了光分束镜片，利用它来将激 光源所产生的激光分成两路，一路提供给激光设备用于正常工作，而另一路用于进行功率 监测。为了不影响激光设备的工作效率，通常希望用于进行功率监测的激光的量尽可能的 低。然而，由于成本和技术上的限制，光分束镜的分束比通常很难达到一个令人满意的、例 如为99 1的比例。这就导致了一方面激光光束的使用能量过低，降低了激光设备的使用 效率，另一方面用于检测的光束能量过大，使得功率监测系统不得不更加复杂，这便提高了 功率监测系统的生产成本。另外，在现有的激光功率监测装置中，对激光的输出模式有所限制，但由于输出光 斑模式会随时间变化而导致功率监测值不准确。
实用新型内容针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型旨在提供一种激光功率监测装置， 其能够仅提供很小比例的入射激光量用于功率监测，检测的准确率高。本实用新型的另一 目的是提供一种激光功率监测装置，其具有良好的重复性，能够简化光电探测方式。此外， 还希望提供一种激光功率监测装置，其能够解决激光探测中模式不稳定给探测带来的问 题，同时整体结构简单。根据本实用新型提供了 一种激光功率监测装置，包括用于接收由激光源所发出的 激光的全反射镜，所述全反射镜的入射表面涂覆有反射膜，使得入射光束的一部分被反射 用于正常工作，而另一部分被透射而引导至光功率检测元件以进行功率监测。根据本实用新型，反射膜选择成使得入射光束中的至少99%被反射。优选的，反 射膜选择成使得入射光束中的至少99. 5%被反射。在一个实施例中，该反射膜为激光波长 单点高反射膜。反射膜的材料可以是介质、金属化合物或者其他达到高反射率要求的材料。 全反射镜的基底表面经过抛光处理，材料可以为K9玻璃或冕牌玻璃。这样，由于全反射镜的高反射率，工作激光光束即反射激光光束的能量与入射光 束的能量基本相同，使得激光设备的工作效率能够保持在很高的水平；另外，透过反射镜的 少量光束即透射光束被引导用于进行实时监测。由此，全反射镜能够达到高比例分光目的。 与采用同种性能的光分束镜相比，本实用新型的激光功率监测装置的成本得到了极大的降低，同时结构也得以简化。此外，本实用新型的激光功率监测装置安装在激光源和激光设备之间，因此就可 以在激光设备正常工作的期间对激光功率进行实时的监测，不会对激光设备的正常工作带 来丝毫影响。根据本实用新型的一个实施例，激光功率实时监测装置还包括设置在全反射镜和 光功率检测元件之间的中性吸收型衰减片。一方面，特别是对于大功率的激光功率监测来 说，即便只有1%、甚至是0.5%的光束被透射，采样光束即透射光束的能量仍然相当大，增 加中性吸收型衰减片来定量地衰减采样激光束功率，便于功率监测，并且能够延长后续元 件的使用寿命。另一方面，该中性吸收型衰减片以吸收的方式对光进行衰减，能够减少杂散 光，相比于采用反射的方式来对光进行衰减，本实用新型能够使得功率监测更加准确，同时 光路结构得到进一步的优化。根据本实用新型，可以使用高倍率的单个中性吸收型衰减 片，或者是多个低倍率的中性吸收型衰减片的组合。根据本实用新型的另一个实施例，激光功率监测装置还包括设置在中性吸收型衰 减片和光功率检测元件之间的聚焦透镜，用于将采样光束聚集成小直径光斑。由此可以消 除激光模式变化对激光功率监测带来的不稳定影响。聚焦透镜可用固定件如压环固定住。 通过在光功率检测元件之前使用聚焦透镜，使得不稳定的激光模式影响探测的问题得以解 决，并且所有模式的激光都被聚焦到光电探测面，达到完全探测的效果。这种由全反射镜、 中性吸收型衰减片和聚焦透镜三者的顺序组合所形成的组件尤其能够实现最优的监测效
^ O在一个实施例中，光功率检测元件可以是光电探测元件。它的一个具体例子是硅 光电池或硅二极管，还可以是其他各种进行光电探测的器件。本实用新型采用硅光电池就 可以完成探测数据的物理样本的采集，简化光电探测方式。在一个实施例中，光电探测尺寸 面积小于1平方厘米。光电探测元件将检测信号经电线传输给光电流信号处理电路，从而 对激光功率进行标定。在一个具体实施例中，根据本实用新型的激光功率监测装置构造成包括第一筒体 和第二筒体的镜筒式结构，其中所述第二筒体构造成能够插入到所述第一筒体中。该镜筒 式结构采用表面氧化处理的材料加工而成，以避免光在镜筒中形成杂散光，减少对光电探 测器信号的干扰，稳定输出信号，从而获得稳定的监测性能。在一个例子中，第一筒体构造成包括沿其纵向轴线延伸用于引导入射光束和透射 光束的第一内腔，以及与所述第一内腔以形成角度α的方式连通且用于引导反射光束的 第二内腔。第二筒体构造成能够插入到第一内腔中。所述中性吸收型衰减片、聚焦透镜和 光功率检测元件安装在所述第二筒体的内腔中。所述第二筒体的内腔的中心轴线与所述第 一筒体的第一内腔的中心轴线平行但不重合。第二筒体的用于插入到第一内腔中的端面与 第一内腔成角度α /2，并且全反射镜安装在这个端面中。通过这种插入式的构造，使得根据 本实用新型的激光功率监测装置的结构十分紧凑，装配也比较简单。根据本实用新型的激光功率实时监测装置，采用全反射镜代替光分束镜，优选地 还可增加中性吸收型衰减片和聚焦透镜，使得工作激光光束能量与入射激光光束的能量相 比基本保持不变，同时简化了探测系统，并且简化了生产和调试过程，降低了成本，能够获 得良好的线性度。同时，该功率监测方式与激光源的输出光斑模式无关，因此在对输出激光光斑没有模式要求的情况下仍然能准确地进行功率监测。此外，根据本实用新型的激光功 率监测装置能够方便地安装在需要对激光功率进行实时监测的各种仪器和设备上，可以在 激光设备正常工作的期间对激光功率进行准确的实时监测。
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用 新型的实施例一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型实施方式的任何限制。 在附图中相同的构件用相同的附图标记示出，其中图1是根据本实用新型的激光功率检测器的光路原理图；图2显示了根据本实用新型的激光功率检测器的整体结构；和图3显示了使用根据本实用新型的激光功率检测器所进行的两次激光功率标定 的结果。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优 选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。图1显示了根据本实用新型的激光功率检测器的光路图。如图所示，激光束2从激 光出射面1中发出，首先到达全反射镜3。全反射镜3在其入射面上涂覆有一层反射膜9， 其选择成能使激光束2中的主要部分被反射而只有一小部分被透射。其中，反射光束4输 出给激光设备用于正常工作，而透射光束5用于提供给光电探测元件8以进行功率监测。在一个实施例中，反射膜9为激光波长单点高反射膜，其材料可以采用介质、金 属化合物或者其它能够达到高反射率要求的薄膜结构。有利地，反射膜9应当能使全反射 镜3的反射率达到99%以上，优选99. 5%以上，以便保证反射光束4的能量与入射光束2 的能量基本上相同。在一个具体实施例中，反射膜9例如可以是由大恒新纪元科技股份有 限公司光电研究所制造的GCC-101042型高反镜中所使用的反射膜(反射率R > 99. 5% @532nm，45°入射角，介质薄膜)。全反射镜3的基底表面可以是经过抛光处理的K9玻璃或 冕牌玻璃。根据本实用新型，采用涂覆反射膜来实现全反射镜3的高比例分光，因此就不需 要使用成本昂贵的光分束镜。同时，这种涂覆反射膜实现起来非常容易，维护也很简单。此 外，利用全反射镜3的设计使得光路结构非常简单。如图所示，全反射镜3设置成与入射光束成一定角度。该角度可根据具体应用的 需要选择。在图示实施例中，全反射镜3设置成与入射光束成45度。这样，反射光束4将 垂直于入射光束2而射出。透射光束5之后到达中性吸收型衰减片6。该中性吸收型衰减片6设置用来以吸 收的方式对光进行衰减，相比于用反射式衰减片对光进行衰减的现有技术，可以很大程度 上减少杂散光，使得本实用新型能够更加准确监测激光功率。另外，中性吸收型衰减片6的 设置对于大功率激光来说更为有利，因为即便只有1%、甚至是0.5%的光束被透射，其能 量也非常大。在图1所示的实施例中，衰减片的数量为1个，衰减倍率为1000。当然，也可 以采用多个衰减片的组合，以实现所需的衰减倍率。这都可以由本领域的技术人员根据具体情况的需要而进行适当选择。透射光束5在离开中性吸收型衰减片6后到达聚焦透镜7。聚焦透镜7将透射光 束聚焦成一个小直径的光斑后输出到光电探测元件8，以便进一步地提高探测精度。在一个 实施例中，该光电探测元件是硅光电池。光电探测元件8对光束能量进行检测，输出光电流 信号。该光电流信号经电线传输给光电流处理电路，从而对激光功率进行标定。激光功率 的值在显示器(未示出)上显示出来。下表1和2显示了使用根据本实用新型的激光功率监测装置所进行的两次激光 功率标定的数据结果。该结果也显示在图3中。表1第一次激光功率标定的测量数据
权利要求1.一种激光功率监测装置，包括用于接收由激光源所发出的激光的全反射镜，所述全 反射镜的入射表面涂覆有反射膜，其中入射光束的一部分被反射用于正常工作，而另一部 分被透射以弓I导至光功率检测元件处进行功率检测。
2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，在所述全反射镜和所述光功率检测元 件之间设有中性吸收型衰减片。
3.如权利要求2所述的监测装置，其特征在于，在所述中性吸收型衰减片和所述光功 率检测元件之间设有聚焦透镜。
4.如权利要求1到3中任一项所述的监测装置，其特征在于，所述反射膜为激光波长单 点高反射膜。
5.如权利要求1到3中任一项所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置构造成包 括第一筒体和第二筒体的镜筒式结构，其中所述第二筒体构造成能够插入到所述第一筒体 中。
6.如权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述第一筒体构造成包括沿其纵向轴 线延伸用于引导入射光束的第一内腔，以及与所述第一内腔的中心轴线以形成角度α的 方式连通且用于引导反射光束的第二内腔。
7.如权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述第二筒体的用于插入到所述第一 内腔中的端面与所述第一内腔的中心轴线形成角度α /2，并且所述全反射镜安装在所述端 面中。
8.如权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述中性吸收型衰减片、聚焦透镜和光 功率检测元件安装在所述第二筒体的内腔中。
9.如权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述第二筒体的内腔的中心轴线与所 述第一筒体的第一内腔的中心轴线平行但不重合。
专利摘要本实用新型提供了一种激光功率监测装置，包括用于分束由激光源所发出的激光的全反射镜。全反射镜的入射表面涂覆有适当的反射膜，使得入射光束的绝大部分被反射用于正常操作，而只有少量部分被透射而引导至光功率检测元件以进行功率检测。本实用新型的激光功率监测装置优选还可包括中性吸收型衰减片和聚焦透镜，使得监测结果更加准确，同时简化了探测系统，降低了成本。
文档编号G01J1/04GK201926504SQ20102063817
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者任逸维, 朱惠贤, 胡明明, 薛平, 贺慧铭, 顾瑛 申请人:北京心润心激光医疗设备技术有限公司