一种用于测量大功率激光光束质量的衰减装置的制作方法

本实用新型涉及大功率激光加工技术领域，具体涉及一种用于测量大功率激光光束质量的衰减装置。

背景技术：

高功率激光器在出厂前都会对激光的各种光学指标进行测量，尤其是切割、焊接、熔覆、打标、打孔等高功率激光器，会测量发散角、光斑直径、光斑圆度、偏振比、束参积、m2等光学参数。但高功率激光器输出功率在几千瓦到上万瓦不等，直接测量难度非常大，且非常不安全，若操作不当就会造成激光永久性损伤。

目前，一般采用以下两种方法来实现对大功率激光光束质量的测量，一是设置多组衰减片。在激光输出中线轴线上加多组衰减片，每个衰减片逐步衰减，最后达到衰减效果，将功率衰减到毫瓦量级以后再通过ccd或者直接测量方式进行测量，其缺点是只能在千瓦量级以下使用，千瓦量级以上使用时会出现回返光烧坏芯片现象，且千瓦量级以上的激光，衰减片损伤阈值很难达到，很容易出现衰减片因温度过高而损坏的情况，导致衰减失败。二是设置光阑。加入条形光阑或圆形光阑，光阑绕着激光轴线作快速圆周运动，其转动频率要大于ccd等光敏元件响应频率，通过光阑挡掉绝大部分光，然后再进行测量，其缺点是光阑之所以能够绕着光轴作圆周运动，主要是靠电机完成的，在大功率激光面前，光阑会吸收很多热量，从而传导到电机内部，导致电机温度过高而出现停机保护或直接损伤电机，所以，这种方法只能实现短时间测量，而不能进行长时间测量。

技术实现要素：

本实用新型提供一种用于测量大功率激光光束质量的衰减装置，以解决现有技术存在的问题。

本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种用于测量大功率激光光束质量的衰减装置，包括：

外壳；

安装在外壳侧面的机盖；

固定在外壳内部的光学平台；

依次安装在光学平台上的衰减片组件、第二楔镜夹及水冷吸光组件、第一楔镜夹及水冷吸光组件和qbh激光器；

所述衰减片组件与第一楔镜夹及水冷吸光组件同轴线安装，所述qbh激光器与第二楔镜夹及水冷吸光组件同轴线安装，所述衰减片组件与qbh激光器不在同一个轴线上，所述第一楔镜夹及水冷吸光组件与第二楔镜夹及水冷吸光组件相对安装；

所述qbh激光器发射的激光沿输入激光光轴方向入射至第二楔镜夹及水冷吸光组件中，回返光偏离输入激光光轴方向反射至第一楔镜夹及水冷吸光组件中，反射光沿着输出激光光轴方向反射至衰减片组件中，所述输出激光光轴方向与输入激光光轴方向平行。

进一步的，所述衰减片组件包括：与光学平台相连的衰减片基座，与衰减片基座上端通过定位销相连的第一衰减片、第二衰减片、第三衰减片；所述第一衰减片、第二衰减片、第三衰减片均能够沿定位销轴线转动。

进一步的，所述第一衰减片为nd0.5，所述第二衰减片为nd1.0，所述第三衰减片为nd2.0，所述定位销采用φ5定位销。

进一步的，所述第二楔镜夹及水冷吸光组件与第一楔镜夹及水冷吸光组件结构相同。

进一步的，所述第一楔镜夹及水冷吸光组件包括：与光学平台相连的第一光学支架、与第一光学支架上端相连的第一楔镜固定及激光水冷吸收机构、与第一楔镜固定及激光水冷吸收机构螺纹连接的两个第一g1/4快拧、安装在第一楔镜固定及激光水冷吸收机构最前端的第一光学楔镜，所述第一光学楔镜的斜面朝外；

所述第二楔镜夹及水冷吸光组件包括：与光学平台相连的第二光学支架、与第二光学支架上端相连的第二楔镜固定及激光水冷吸收机构、与第二楔镜固定及激光水冷吸收机构螺纹连接的两个第二g1/4快拧、安装在第二楔镜固定及激光水冷吸收机构最前端的第二光学楔镜，所述第二光学楔镜的斜面朝外；

所述第一光学楔镜与第二光学楔镜相对安装；

激光沿输入激光光轴方向以楔角入射至第二光学楔镜斜面，回返光偏离输入激光光轴方向两倍楔角反射至第一光学楔镜斜面，回返光到达第一光学楔镜后偏离输入激光光轴方向两倍楔角反射至后续光路中的衰减片组件中，此时，输入激光与反射光平行。

进一步的，所述第二楔镜固定及激光水冷吸收机构与第一楔镜固定及激光水冷吸收机构结构相同；所述第一楔镜固定及激光水冷吸收机构前端内部安装有积分球和水冷装置，所述积分球位于第一光学楔镜后面且靠近第一光学楔镜，所述水冷装置位于积分球后面。

进一步的，所述第二光学楔镜与第一光学楔镜结构相同。

进一步的，所述第一光学楔镜各项参数为：φ＝25mm，楔角＝11.22°，最小厚度为3mm，双面镀800～1200nm增透膜，99％≥透过率t≥97％@±30°。

进一步的，所述qbh激光器包括：与光学平台相连的三维调整夹、与三维调整夹上端相连的qbh头夹具、与qbh头夹具相连的qbh头锁紧夹具5.3、固定在qbh头锁紧夹具中的qbh激光准直器。

进一步的，所述qbh头锁紧夹具采用硬塑材质制成，中间为u形，u形两端设置有连接法兰，两个连接法兰均与qbh头夹具的长端外壁相连，所述qbh激光准直器安装在qbh头锁紧夹具中间的u形结构中。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设计衰减片组件、两组楔镜夹及水冷吸光组件、qbh激光器能够将大功率激光衰减至毫瓦量级，实现对千瓦级到万瓦级大功率激光的长时间测量，保证除功率衰减外其他指标都不发生变化，避免了回返光烧坏芯片现象以及衰减片因温度过高而损坏的情况，操作安全系数高，能够满足千瓦级至万瓦级激光衰减测量要求。同时，本实用新型采用水冷散热方式实现散热，无热积累，可满足长时间测量，可广泛应用于激光生产制造领域以及激光研发试验领域。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于测量大功率激光光束质量的衰减装置的结构示意图。

图2为衰减片组件的整体结构示意图。

图3为衰减片组件的结构示意图。

图4为第二楔镜夹及水冷吸光组件的整体结构示意图。

图5为第一楔镜夹及水冷吸光组件的整体结构示意图。

图6为第一楔镜夹及水冷吸光组件(第二楔镜夹及水冷吸光组件)的结构示意图。

图7为第一楔镜固定及激光水冷吸收机构的结构示意图。图7中a为第一楔镜固定及激光水冷吸收机构的主视图，图7中b为沿着图7中a中d-d向剖面图，图7中c为第一楔镜固定及激光水冷吸收机构的立体图。

图8为第一光学楔镜的结构示意图。图8中a为第一光学楔镜的主视图，图8中b为第一光学楔镜的侧视图，图8中c为第一光学楔镜的立体图。

图9为激光光路示意图。

图10为qbh激光器的整体结构示意图。

图11为qbh激光器的结构示意图。

图中，1、机盖，2、光学平台，3、衰减片组件，3.1、衰减片基座，3.2、第一衰减片，3.3、第二衰减片，3.4、第三衰减片，3.5、定位销，4、第一楔镜夹及水冷吸光组件，4.1、第一光学支架，4.2、第一g1/4快拧，4.3、第一楔镜固定及激光水冷吸收机构，4.4、第一光学楔镜，5、qbh激光器，5.1、三维调整夹，5.2、qbh头夹具，5.3、qbh头锁紧夹具，5.4、qbh激光准直器，6、外壳，7、第二楔镜夹及水冷吸光组件，7.1、第二光学支架，7.2、第二g1/4快拧，7.3、第二楔镜固定及激光水冷吸收机构，7.4、第二光学楔镜。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的一种用于测量大功率激光光束质量的衰减装置，主要包括：机盖1、光学平台2、衰减片组件3、第一楔镜夹及水冷吸光组件4、qbh激光器5、外壳6和第二楔镜夹及水冷吸光组件7。

机盖1安装在外壳6侧面，其中机盖1的尺寸为长*宽*高＝500mm*300mm*270mm。光学平台2固定在外壳6内部。衰减片组件3、第一楔镜夹及水冷吸光组件4、qbh激光器5和第二楔镜夹及水冷吸光组件7均安装在外壳6内部，并且按照衰减片组件3、第二楔镜夹及水冷吸光组件7、第一楔镜夹及水冷吸光组件4和qbh激光器5的位置由前至后依次安装在光学平台2上。其中，衰减片组件3与第一楔镜夹及水冷吸光组件4同轴线安装，qbh激光器5与第二楔镜夹及水冷吸光组件7同轴线安装，衰减片组件3与qbh激光器5不在同一个轴线上，第一楔镜夹及水冷吸光组件4与第二楔镜夹及水冷吸光组件7相对安装。

如图2和图3所示，衰减片组件3主要包括：衰减片基座3.1、第一衰减片3.2、第二衰减片3.3、第三衰减片3.4和定位销3.5。衰减片基座3.1下端与光学平台2采用m6螺丝相连，第一衰减片3.2与衰减片基座3.1上端采用定位销3.5相连，第二衰减片3.3与衰减片基座3.1上端采用定位销3.5相连，第三衰减片3.4与衰减片基座3.1上端采用定位销3.5相连。第一衰减片3.2、第二衰减片3.3、第三衰减片3.4均能够沿着定位销3.5轴线转动。其中，为了更好的配合第一衰减片3.2、第二衰减片3.3、第三衰减片3.4，将衰减片基座3.1顶端设计成平面加定位销结构，可实现衰减片轴向转动，从而实现了衰减片快速加入及离开光路系统。衰减片组件3中的三个衰减片的衰减指标不同，通过轴向转动可使三个衰减片可以随意组合使用，实现不同倍率衰减。

如图4和图5所示，第二楔镜夹及水冷吸光组件7与第一楔镜夹及水冷吸光组件4的结构组成、尺寸等完全相同。下面以第一楔镜夹及水冷吸光组件4为例介绍其具体组成结构。如图6所示，第一楔镜夹及水冷吸光组件4主要包括：第一光学支架4.1、两个第一g1/4快拧4.2、第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3和第一光学楔镜4.4。第一光学支架4.1与光学平台2采用m6螺丝相连，第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3与第一光学支架4.1上端采用m3顶丝锁紧，两个第一g1/4快拧4.2与第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3螺纹连接，第一光学楔镜4.4与第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3通过m3顶丝锁紧。通过对第一楔镜夹及水冷吸光组件4进行设计，能够确保第一光学楔镜4.4能够进行俯仰及摆角微调。

如图6所示，第二楔镜夹及水冷吸光组件7主要包括：第二光学支架7.1、两个第二g1/4快拧7.2、第二楔镜固定及激光水冷吸收机构7.3和第二光学楔镜7.4。第二光学支架7.1与光学平台2采用m6螺丝相连，第二楔镜固定及激光水冷吸收机构7.3与第二光学支架7.1上端采用m3顶丝锁紧，两个第二g1/4快拧7.2与第二楔镜固定及激光水冷吸收机构7.3螺纹连接，第二光学楔镜7.4与第二楔镜固定及激光水冷吸收机构7.3通过m3顶丝锁紧。通过对第二楔镜夹及水冷吸光组件7进行设计，能够确保第二光学楔镜7.4能够进行俯仰及摆角微调。

第二楔镜固定及激光水冷吸收机构7.3与第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3的结构组成、尺寸等完全相同。下面以第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3为例介绍其具体组成结构。如图7中a、图7中b和图7中c所示，第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3前端内部为通孔，前端外壁设置有方便安装的台阶结构，后端设置有用于安装第一g1/4快拧4.2的安装孔。第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3伸入第一光学支架4.1上端安装孔中，通过第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3前端外壁上的台阶结构使第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3卡固在第一光学支架4.1上端安装孔中，同时，两个第一g1/4快拧4.2旋拧进第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3后端的安装孔中。第一光学楔镜4.4通过m3顶丝锁紧在第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3前端内部的通孔中，并且第一光学楔镜4.4的斜面朝外。其中，第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3还包括：积分球和水冷装置。分球和水冷装置均安装在第一楔镜固定及激光水冷吸收机构4.3内部，并且，积分球位于第一光学楔镜4.4后面，并且积分球靠近第一光学楔镜4.4设置，尽可能缩小体积，使结构小巧紧凑。积分球为半圆形，采用光吸收率优异的水冷黑色材质制成，积分球可以有效的散射吸收透过第一光学楔镜4.4的激光，确保透射的激光全部被积分球所吸收。水冷装置位于积分球后面，水冷装置可将积分球吸收过来的热量全部通过水冷传导出去，防止热积累。

第一楔镜夹及水冷吸光组件4中的第一光学楔镜4.4与第二楔镜夹及水冷吸光组件7中的第二光学楔镜7.4相对安装。

第二光学楔镜7.4与第一光学楔镜4.4的结构、尺寸、各项参数等完全相同。下面以第一光学楔镜4.4为例介绍其具体组成结构和各项参数。第一光学楔镜4.4的结构如图8中a、图8中b、图8中c所示。第一光学楔镜4.4的各项参数如下：φ＝25mm，楔角＝11.22°，最小厚度为3mm，双面镀800nm～1200nm增透膜，两个面镀增透膜能够确保绝大部分光会透射出第一光学楔镜4.4，减少第一光学楔镜4.4吸光产热现象，99％≥透过率t≥97％@±30°。

如图10和图11所示，qbh激光器5主要包括：三维调整夹5.1、qbh头夹具5.2、qbh头锁紧夹具5.3和qbh激光准直器5.4。三维调整夹5.1下端与光学平台2采用m6螺丝相连，qbh头夹具5.2为l形，qbh头夹具5.2的短边与三维调整夹5.1上端采用m6螺丝相连，qbh头锁紧夹具5.3采用硬塑材质制成，qbh头锁紧夹具5.3中间为u形，u形两端设置有连接法兰，qbh头锁紧夹具5.3的两个连接法兰与qbh头夹具5.2的长端外壁采用四个m3螺丝相连，qbh激光准直器5.4安装在qbh头锁紧夹具5.3中间的u形结构中，通过锁紧连接qbh头锁紧夹具5.3与qbh头夹具5.2的四个m3螺丝使qbh激光准直器5.4紧固。其中，qbh头锁紧夹具5.3为硬塑材质，在紧固qbh激光准直器5.4的过程中不会对qbh激光准直器5.4造成划伤及变形。三维调整夹5.1上端安装有qbh头夹具5.2和qbh头锁紧夹具5.3，能够实现激光在上、下、左、右、前、后几个方向上的可调节功能。

本实用新型的一种用于测量大功率激光光束质量的衰减装置，其工作原理如下：

打开机盖1，将第一楔镜夹及水冷吸光组件4和第二楔镜夹及水冷吸光组件7中的水冷装置通循环冷却水，小功率开启激光，此时微调两个楔镜夹及水冷吸光组件中的第一光学支架4.1和第二光学支架7.1使激光在衰减片组件3所在的输出激光光轴方向与输入激光光轴方向平行。如图9所示，激光沿着输入激光光轴方向入射至第二光学楔镜7.4，激光沿第二光学楔镜7.4斜面以楔角入射，回返光偏离输入激光光轴方向两倍楔角反射至第一光学楔镜4.4斜面，回返光不会进入激光光路，不会损伤测量芯片，回返光到达第一光学楔镜4.4后偏离输入激光光轴方向两倍楔角反射至后续光路中的衰减片组件3中，选择适合的衰减片，经过衰减片组件3进行不同倍率的衰减，然后盖上机盖1，将激光功率加到正常功率，最后在激光输出端进行光学测量。在小功率激光开启后将光路调整好并及时盖上机盖1，可有效防止部分散射光及反射光反射出装置外伤及操作人员。

本实施方式中，第一衰减片3.2、第二衰减片3.3、第三衰减片3.4、定位销3.5、第一光学支架4.1、第一光学楔镜4.4、第一g1/4快拧4.2、三维调整夹5.1和qbh激光准直器5.4均为标准件。其中，第一衰减片3.2为nd0.5，第二衰减片3.3为nd1.0，第三衰减片3.4为nd2.0，定位销3.5采用φ5定位销。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。