一种用于万瓦级以上高功率光纤激光的收光装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种大功率激光吸收装置，具体涉及一种用于万瓦级以上高功率光纤激光的收光装置，属于激光测试技术领域。


背景技术：

2.光纤激光器结构紧凑、光束质量良好，基于其柔性的激光输出方式，能够方便地与其他系统进行设备集成，可普遍用于焊接、切割、表面去污等场景。激光属于不可见光波长范围，且高功率激光具有极强的杀伤力，需要利用专用的收光设备使其在可控的范围内传播。
3.现有的收光设备主要是依托于激光功率计，在收光的同时对激光功率进行测量。现有万瓦级以上实验室级别功率计成本极高，并且技术一直被国外公司垄断，对于超10万瓦功率的功率计，国外厂家对我国实施严格管控，极难买到。对于工程应用中万瓦级以上激光发射设备，很多不需要读取功率参数，只需要提供激光吸收装置，购买进口功率计很不经济。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是：克服现有技术中存在的不足，提供一种用于万瓦级以上高功率光纤激光的收光装置，结构简单、经济实用，实现用最低成本实现万瓦级以上高功率光纤激光器的光吸收功能。
5.为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种用于万瓦级以上高功率光纤激光的收光装置，包括收光筒、用于对收光筒循环冷却降温的循环水系统和测量传感器，以及用于计算激光光束功率的水流量计、数据采集板和数据处理终端；
6.所述收光筒包括收光筒体和后盖，后盖对应收光筒体的后端面连接在收光筒体上；所述收光筒体的后端面向内开设有环形截面的循环冷却水槽、前端面向内开设有圆形截面的激光反射槽，且循环冷却水槽位于激光反射槽的外部；循环冷却水槽和激光反射槽之间为留有壁厚的受光锥架，受光锥架的后端面上设置受光锥体，受光锥体上的锥形受光面朝向收光筒体的前端面设置。
7.所述收光筒体的侧壁上开设有两个贯通循环冷却水槽的循环水孔，所述测量传感器包括入水口温度传感器和出水口温度传感器并分别通过管路连接在收光筒两侧的循环水孔上；出水口温度传感器还通过管路连接水流量计，循环水系统分别通过管路连接入水口温度传感器和水流量计，入水口温度传感器、出水口温度传感器和水流量计均通过电气连接数据采集板，数据采集板电气连接数据处理终端。
8.所述受光锥体通过螺栓可拆卸连接在受光锥架的后端面上。
9.所述受光锥体的后端面为平面，且后端面与后盖的内端面之间设置有间隙。
10.所述受光锥体采用铜材质加工而成，受光锥体上锥形受光面的表面设置有镀金层。
11.所述收光筒体的后端外缘面上还开设有密封槽，密封槽内设置橡胶密封圈，后盖和收光筒体之间通过螺栓和橡胶密封圈固定密封连接。
12.所述收光筒体采用铝合金材质加工而成，外表面上设置有黑色氧化处理层。
13.所述受光锥架的内表面上设置有黑色吸光材料涂覆层。
14.本实用新型的有益效果是：
15.1）本实用新型中的收光筒内通过循环冷却水槽与受光椎体的结构配合设计，达到了迅速降温和吸光的作用，且通过连接水冷设备通循环冷却水，采用循环冷却水带走激光能量，实现了万瓦级以上超大功率激光的收光功能。
16.2）本实用新型中的收光筒体采用铝合金材质，导热性良，表面黑色氧化处理，能够减少反光；且筒体内表面涂覆黑色吸光材料，还能够吸收锥形受光面反射的激光，提高其吸光效率。
17.3）本实用新型中的受光椎体作为易损件，采用可替换结构设计降低使用成本，并采用铜材质加工而成，导热性好；锥形受光面表面镀金，提高受光面反射率，减少锥形受光面损伤，能够提高功率计算准确度。
附图说明
18.图1为本实用新型收光设备的结构连接示意图；
19.图2为图1中收光筒结构的剖面图；
20.图3为图1中收光筒结构的立体图。
21.图中，1-收光筒体，2-后盖，3-循环冷却水槽，4-激光反射槽，5-受光锥架，6-受光锥体，7-锥形受光面，8-循环水孔，9-橡胶密封圈；
22.图1中直线为电气连接，双直线为管路连接。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的解释说明。
24.实施例：如图1-3所示，本实用新型提供的一种用于万瓦级以上高功率光纤激光的收光装置，包括收光筒、用于对收光筒循环冷却降温的循环水系统和测量传感器，以及用于计算激光光束功率的水流量计、数据采集板和数据处理终端；测量传感器包括入水口温度传感器和出水口温度传感器并分别通过管路连接在收光筒的两侧；出水口温度传感器还通过管路连接水流量计，循环水系统分别通过管路连接入水口温度传感器和水流量计，入水口温度传感器、出水口温度传感器和水流量计均通过电气连接数据采集板，数据采集板电气连接数据处理终端。
25.收光筒包括收光筒体1和后盖2，后盖2对应收光筒体1的后端面连接在收光筒体1上；收光筒体1的后端面向内开设有环形截面的循环冷却水槽3、前端面向内开设有圆形截面的激光反射槽4，且循环冷却水槽3位于激光反射槽4的外部；循环冷却水槽3和激光反射槽4之间为留有壁厚的受光锥架5，受光锥架5的后端面上设置受光锥体6，受光锥体6上的锥形受光面7朝向收光筒体1的前端面设置。
26.收光筒体1的侧壁上开设有两个贯通循环冷却水槽3的循环水孔8，入水口温度传感器和出水口温度传感器并分别通过管路连接在收光筒两侧的循环水孔8上。
27.受光锥体6作为易损件，采用可替换结构设计，并通过螺栓可拆卸连接在受光锥架5的后端面上。受光锥体6的后端面为平面，且后端面与后盖2的内端面之间设置有间隙，便于循环水的流动降温。
28.受光锥体6采用铜材质加工而成，导热性好，受光锥体6上锥形受光面7的表面设置有镀金层，提高受光面反射率，减少锥形受光面损伤。
29.收光筒体1采用铝合金材质加工而成，导热性良，外表面上设置有黑色氧化处理层，减少反光。
30.受光锥架5的内表面上设置有黑色吸光材料涂覆层，可吸收锥形受光面反射的激光。
31.工作原理：当高功率激光光束射入收光筒体1内的受光锥体6上时，通过锥形受光面7的高反射率表面反射到收光筒内受光锥架5的内表面上，由于内表面镀涂有黑色吸光材料，因此可以吸收来自锥形受光面7反射的激光。收光筒体1由于吸收激光能量，温度升高，可通过循环冷却水带走热量。
32.利用经过表面处理的锥形机械结构作为受光面，将高功率激光光束反射到水冷壁上，通过循环冷却水将热量带走。测量收光设备进出水口水温和流量，利用能量守恒定律可粗略计算出激光功率。
33.计算原理如下：根据系统工作环境温度，确定冷水机采用水作为冷却液，相应的比热容为c=4.2kj/kg℃，密度为ρ=1000kg/m3。根据能量守恒定律，激光光束功率p，冷却水入口温度t1，出口温度t2，冷却水流量q之间存在如下关系：pt=cm
△
t=cρqt（t2-t1），由此，只需测量出冷却水流量及出入口水温，即可计算出激光光束功率。
34.本实用新型中的收光筒内通过循环冷却水槽与受光椎体的结构配合设计，达到了迅速降温和吸光的作用，且通过连接水冷设备通循环冷却水，采用循环冷却水带走激光能量，实现了万瓦级以上超大功率激光的收光功能。
35.以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。