专利名称：激光能量检测系统及检测方法
激光能量检测系统及检测方法
技术领域：
本发明涉及一种激光能量检测系统，同时还涉及一种激光能量检测方法。背景技术：
近几年，随着工业加工应用的激光器不断开发，简单的基频激光器已经远远不能满足种类繁多的材料加工的应用。随着绿光及紫外激光器的研发成功，已经逐渐有相应的激光切割、激光打标以及其他激光精细加工设备相继面世。在激光应用系统中，需要控制工作激光的能量，如果输出激光能量比较低，需要判断是外部输入能量还是系统中的放大器出了问题。在大型复杂激光系统中，各光学元件排布紧密，在放大器前到耦合头之间没有足够的空间位置放置能量计的探头。要判断光纤外部输入的能量是否过低，只能将光纤拆下测量外部输入能量。一旦将光纤拆下再进行安装， 需要重新调节光纤端面和耦合头透镜之间的距离和角度，距离不合适都将导致外部输入激光的能量损耗变大。这种方法既费时费力，测量效果还不够精确，影响实际使用效果。
发明内容本发明解决激光能量检测系统复杂、占用空间位置大的技术问题是提供一种结构简单、紧凑的激光能量检测系统以及激光能量检测方法。本发明为解决技术问题而采用的技术方案是一种激光能量检测系统，包括旋光器、偏振光分束器和光导器，所述旋光器用于接受外部输入激光并控制外部输入激光的偏振态，所述偏振光分束器用于将所述旋光器输出的外部输入激光分解为偏振态相异的工作激光和检测激光，所述光导器用于导出所述检测激光，通过测量所述光导器导出的检测激光的能量强度来测定所述工作激光的能量强度。进一步地，所述偏振光分束器包括第一端口、第二端口、第三端口，所述第一端口用于从所述旋光器输入偏振态激光，所述第二端口和所述第三端口分别输出偏振方向相互垂直的工作激光和检测激光。进一步地，所述光导器为光导棱镜，包括第一端口和第二端口，所述光导棱镜的第一端口用于从所述偏振光分束器的第三端口导出检测激光，并通过光导棱镜的第二端口导出检测激光。进一步地，所述光导棱镜为等边直角棱镜，其第一端口和第二端口分别设置所述等边直角棱镜的二直角面上，其斜面用于全反射检测激光，并从所述第二端口出射。进一步地，所述光导器的第一端口所在的直角面贴合于所述偏振光分束器的第三端口所在的端面。进一步地，所述激光能量检测系统进一步包括激光能量测量装置，用于测量所述光导器导出的检测激光的能量。进一步地，所述检测激光的能量小于所述外部输入激光能量的1%。进一步地，所述工作激光的实时能量满足方程IE = 131/%，其中，Ie为工作激光的实时能量，I0为外部输入激光的初始能量，I为检测激光实时能量，I1为检测激光的初始
能量°一种激光能量检测方法，包括步骤通过激光能量测量装置测量外部输入激光的初始能量；通过旋光器调整外部输入激光的偏振态；通过偏振光分束器分解外部输入激光为检测激光和工作激光；通过光导器导出检测激光；通过激光能量测量装置测量导出的检测激光的初始能量和实时能量；根据外部输入激光的初始能量、检测激光的初始能量和实时能量，得到工作激光的实时能量。进一步地，所述工作激光的实时能量满足方程IE = 131/%，其中，Ie为工作激光的实时能量，I0为外部输入激光的初始能量，I为检测激光实时能量，I1为检测激光的初始
能量°相较于现有技术，本发明的重点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，从外部输入激光中分解出能量很低的检测激光，既不影响进入放大器的激光能量，又能通过检测所述检测激光的能量来检测出实际进入放大器的工作激光的能量，并且可以达到实时检测的功能，又不需要拆卸保偏光纤或耦合接口，避免了拆卸光学元件对外部输入激光能量的损耗或影响光学元件的精度。所述激光能量检测方法具有快捷方便、操作简单的有益效果。同时，在激光能量检测系统中避免了在耦合接口与放大器之间设置更多的检测装置，达到了节省空间、降低成本的作用。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1为本发明一优选实施例的激光能量检测系统的结构示意图；图2为图1所示激光能量检测系统偏振光分束器和光导器的放大结构示意图，图 2中同时显示了激光能量测量装置与光导器的工作关系结构图。
具体实施方式本发明提供了激光能量检测系统及其检测方法。请参考图1，图1是本发明激光能量检测系统的功能模块示意图。所述激光能量检测系统100包括保偏光纤1、耦合接口 2、旋光器3、偏振光分束器(Polarizing beaming splitter，PBS)4、光导器5和放大器6。所述保偏光纤1、耦合接口 2、旋光器3、偏振光分束器4、放大器6依序相连，形成一完整的光路。所述保偏光纤1能够保持在其内传输的激光的偏振态。所述耦合接口 2用于耦合所述保偏光纤1中的激光。所述旋光器3为法拉第旋光器，能够使通过的偏振光的偏振态发生一定的旋转。所述偏振光分束器4可以将不同偏振态的激光导向不同的方向。所述光导器5用于导出检测激光。所述放大器6用于将通过的激光能量放大，以用于通讯或其他工作。
请进一步参看图2，图2是所述偏振光分束器4和所述光导器5的立体结构示意图。所述偏振光分束器4为三端元件，分别为第一端口 41、第二端口 42、第三端口 43。其中所述第一端口 41为输入端口，用于输入偏振态激光；所述第二端口 42和所述第三端口 43 为输出端口，分别输出偏振方向相互垂直的两种不同的偏振态激光，从所述第二端口 42输出的为工作激光，从所述第三端口 43输出的为检测激光。由于所述旋光器3和偏振光分束器4共同作用为分离外部输入激光为工作激光和检测激光，所述旋光器3和偏振光分束器4 可统称为激光分离装置。当然，其他具有相同或相似功能的激光分离装置亦可应用于本发明，此处不做为对本发明的具体限定。所述光导器5为光导棱镜，也为等边直角棱镜，其两个直角面上分别设置有第一端口 51、第二端口 52。其中，所述第一端口 51为输入端口，用于输入检测激光，所述第二端口 52为输出端口，用于将检测激光导入对应之激光能量测量装置8中。当然，所述光导器5仅是本发明的一种典型应用，其他的光导器，如光纤等，具有同样的采集并导出检测激光的光学元件、器件、装置都可以替代所述光导器5，在此不再赘述。值得注意的是，虽然图2中所述偏振光分束器4与所述光导器5之间具有一定的距离，这里仅仅是为了说明二者的具体结构。在实际应用中，所述偏振光分束器4的第三端口 43所在之端面与所述光导器5的第一端口 51所在的直角面通过固定装置，如胶水等，相互贴合在一起。当然也可以将所述偏振光分束器4与所述光导器5共同设置在一支撑平台上。为了保证激光在所述光导器5的斜面上发生全发射，一般不在所述斜面上涂覆胶水等粘合剂，防止激光在所述斜面上产生吸收、漫反射等，影响检测激光的精度。以下具体介绍所述激光能量检测系统100的检测方法。首先，在将所述保偏光纤1接入所述耦合接口 2之前，先行测量所述外部输入激光的初始外部输入能量，记为Ιο。当所述保偏光纤1接入所述耦合接口 2之后，激光通过所述旋光器3进入所述偏振光分束器4。此时，对所述旋光器3进行一微小角度的旋转，输出具有一定偏振方向的第一激光Α。所述第一激光A进入所述偏振光分束器4后，被所述偏振光分束器4分解为偏振态相互垂直的第二激光B和第三激光C。所述第二激光B作为工作激光从所述第二端口 42输出，而所述第三激光C作为检测激光，从所述第三端口 43输出，并输入所述光导器5的第一端口 51。然后所述第三激光C经过所述光导器5的斜面全反射后从该第二端口 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，偏振方向不影响能量检测精度。为了保证检测激光的能量尽可能小而不影响工作激光的能量，所述旋光器3的旋转角度必须要控制的非常精确，保证所述偏振光分束器4分解的第三激光C的能量尽可能小，如所述第三激光C的能量仅为所述第一激光A能量的或者以下，而又能够达到精确测量其能量的要求。第四激光D从所述光导器5导出后，进入所述激光能量测量装置8从而进行初始能量测定。从所述光导器5出射的第四激光D的初始能量，记为Ip当开始工作后，利用所述激光能量测量装置8从所述光导器5的第二端口 52实时测量所述第四激光D的实时能量，记为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的能量较小，则进入所述放大器6的工作激光的实时能量Ie 等于所述第二激光B的实时能量IB，并且可近似满足以下方程Ie = Ib = I/(I1A0) = 1,1/% ........................ (I)上述方程中，IciU1为已知数，只需实时检测所述第四激光D的实时能量I，即可计算出第二激光B的能量。当计算得出所述第二激光B的能量后，即可得出进入所述放大器6的激光能量IE。由于单独测量激光能量方法和测量装置有很多种，并且已经很成熟，在此引入所述激光能量测量装置8为了表明所述激光能量的可准确测量性，其并非本发明的核心内容，可参考惯用的激光能量测量方法、装置来测量来计算上述I、I0> I1的精确值，在此将不再赘述。综上所述，本发明的重点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，从外部输入激光中分解出能量很低的检测激光，既不影响进入放大器的工作激光的能量，又能通过检测所述检测激光的能量来计算出实际进入放大器的工作激光能量，并且可以达到实时检测的功能，又不需要拆卸保偏光纤或耦合接口，避免了拆卸光学元件对外部输入激光能量的损耗或影响光学元件的精度。所述激光能量检测系统100不需要拆卸和重新调试光学元件，具有快捷方便、操作简单的有益效果。同时避免了在耦合接口与放大器之间设置更多的检测装置，达到了节省空间、降低成本的作用。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种激光能量检测系统，其特征在于其包括旋光器、偏振光分束器和光导器，所述旋光器用于接受外部输入激光并控制外部输入激光的偏振态，所述偏振光分束器用于将所述旋光器输出的外部输入激光分解为偏振态相异的工作激光和检测激光，所述光导器用于导出所述检测激光。
2.如权利要求1所述的激光能量检测系统，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，所述第一端口用于从所述旋光器输入偏振态激光，所述第二端口和所述第三端口分别输出偏振方向相互垂直的工作激光和检测激光。
3.如权利要求2所述的激光能量检测系统，其特征在于所述光导器为光导棱镜，包括第一端口和第二端口，所述光导棱镜的第一端口用于从所述偏振光分束器的第三端口导出检测激光，并通过光导棱镜的第二端口导出检测激光。
4.如权利要求3所述的激光能量检测系统，其特征在于所述光导棱镜为等边直角棱镜，其第一端口和第二端口分别设置所述等边直角棱镜的二直角面上，其斜面用于全反射检测激光，并从所述第二端口出射。
5.如权利要求4所述的激光能量检测系统，其特征在于所述光导棱镜的第一端口所在的直角面贴合于所述偏振光分束器的第三端口所在的端面。
6.如权利要求1或5所述的激光能量检测系统，其特征在于进一步包括激光能量测量装置，用于测量外部输入激光的初始能量、测量所述光导器导出的检测激光的初始能量和实时能量。
7.如权利要求1所述的激光能量检测系统，其特征在于所述检测激光的能量小于所述外部输入激光能量的1%。
8.如权利要求6所述的激光能量检测系统，其特征在于所述工作激光的实时能量满足方程IE = WI1,其中，Ie为工作激光的实时能量，I0为外部输入激光的初始能量，I为检测激光实时能量，I1为检测激光的初始能量。
9.一种激光能量检测方法，包括步骤通过激光能量测量装置测量外部输入激光的初始能量；通过旋光器调整外部输入激光的偏振态；通过偏振光分束器分解外部输入激光为检测激光和工作激光；通过光导器导出检测激光；通过激光能量测量装置测量导出的检测激光的初始能量和实时能量；根据外部输入激光的初始能量、检测激光的初始能量和实时能量，得到工作激光的实时能量。
10.如权利要求9所述的激光能量检测方法，其特征在于所述工作激光的实时能量满足方程IE = WI1,其中，Ie为工作激光的实时能量，I0为外部输入激光的初始能量，I为检测激光实时能量，I1为检测激光的初始能量。
全文摘要
本发明涉及一种激光能量检测系统及检测方法。该激光能量检测系统包括旋光器、偏振光分束器和光导器，所述旋光器用于接受外部输入激光并控制外部输入激光的偏振态，所述偏振光分束器用于将所述旋光器输出的外部输入激光分解为偏振态相异的工作激光和检测激光，所述光导器用于导出所述检测激光，并通过测量所述光导器导出的检测激光的能量强度来测定所述工作激光的能量强度。所述激光能量检测方法具有快捷方便、操作简单的有益效果。同时避免了在耦合接口与放大器之间设置更多的检测装置，达到了节省空间、降低成本的作用。本发明同时还提供一种激光能量检测方法。
文档编号G01J1/22GK102486406SQ20101060567
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者唐熊忻, 张国新, 张晶, 樊仲维, 邱基斯 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司