激光加工與激光器研發(fā)紅外解決方案

本文介紹巨哥科技在激光加工與激光器研發(fā)中的紅外解決方案，包括光束質(zhì)量分析、光纖激光器溫度檢測、激光焊接和打標(biāo)等過程監(jiān)控。

1、激光光束分析

巨哥科技MAGRay激光光束分析儀系列可對可見、近紅外、短波紅外、中波紅外、長波紅外和遠(yuǎn)紅外的各種波長光束進行成像和分析，測量光斑尺寸、二維/三維能量分布、發(fā)散角、橢圓度、光束指向穩(wěn)定性、束腰位置和大小，以及光束質(zhì)量因子M2等。

MAGRay具有高動態(tài)范圍，兼容連續(xù)和脈沖激光器，遠(yuǎn)場和近場光斑均可測量，可實時監(jiān)控光束的連續(xù)變化，每秒最高可輸出100幅圖像數(shù)據(jù)。MAGRay提供高靈敏度和高量程兩種規(guī)格，高靈敏度規(guī)格可測最小功率為0.04mW/cm2，高量程規(guī)格可測最大功率為400W/cm2。

MAGRay配置專業(yè)版應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分析軟件，可進行對比度調(diào)節(jié)、細(xì)節(jié)增強、多種調(diào)色板選擇、光束變化錄像和回放、線強度分析等，也可直接導(dǎo)出Excel數(shù)據(jù)，便于研究者自主分析和制作圖表。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Jerome Faist教授是1994年首臺量子級聯(lián)激光器（QCL）的發(fā)明者，其研究小組將MAGRay用于新一代激光器的前沿研究，下圖是測得的表面垂直發(fā)射長波紅外QCL激光器的光束能量分布。

2、光纖激光器溫度檢測

光纖激光器溫度監(jiān)控

在光纖激光器中，光纖可能吸收激光能量使得溫度升高，加速光纖老化，降低激光器的可靠性和使用壽命。在使用過程中用熱像儀檢測整段光纖和組件的溫度分布，尤其是光纖熔接點和連接處溫度，可及時發(fā)現(xiàn)異常。

增益光纖溫度

泵浦管嘴&光纖輸出端帽溫度

合束器和增益光纖熔接點&包層光剝除點溫度

發(fā)表于2020年第69期《物理學(xué)報》的“530W全光纖結(jié)構(gòu)連續(xù)摻銩光纖激光器”采用巨哥科技的熱像儀觀察摻Tm3+光纖的溫度，在最高輸出功率達(dá)到530W時，其最高溫度超過60C，但沒有出現(xiàn)明顯的放大自發(fā)輻射和非線性效應(yīng), 輸出功率僅受限于抽運功率, 驗證了國產(chǎn)摻Tm3+石英光纖在高功率系統(tǒng)中的可靠性。

3、激光焊接

用于熔覆和激光金屬沉積加工的閉環(huán)激光功率控制系統(tǒng)需要對激光加熱的熔池形貌和溫度進行實時測量和反饋。采用巨哥科技MAG系列高溫型在線式熱像儀，使用圖像處理算法對熔池寬度和中心點等位置進行識別，實時控制激光的位置和功率，可有效提高焊接質(zhì)量。

巨哥科技的F6科學(xué)級熱像儀可提供0~2500C的全量程溫度監(jiān)控，清晰展現(xiàn)加熱焊接全過程的溫度細(xì)節(jié)；支持最高100Hz的數(shù)據(jù)率，可記錄快速溫度變化過程；提供溫度數(shù)據(jù)流錄制，可選擇慢速回放，重現(xiàn)完整細(xì)節(jié)。

在高能激光環(huán)境下，常規(guī)熱像儀自身容易受激光加熱效應(yīng)影響產(chǎn)生測溫誤差，F(xiàn)6科學(xué)級熱像儀可用于波長小于2μm的高能激光環(huán)境并保持測溫準(zhǔn)確度。需要注意的是，大于7μm的長波二氧化碳激光器會對熱像儀造成不可逆的損傷，用戶需提前申明以便提供激光安全的產(chǎn)品。

焊接熔池監(jiān)控

常規(guī)熱像儀的感應(yīng)范圍是7.5~14um的長波紅外。由于激光焊接的光學(xué)系統(tǒng)包含石英玻璃等材料，長波紅外無法穿透，因此熱像儀需在側(cè)面安裝，無遮擋地觀測焊接表面。為使整套監(jiān)控和控制系統(tǒng)高度集成，并使激光和相機的坐標(biāo)精確對準(zhǔn)，提高加工精度，理想設(shè)計是采用激光光束和監(jiān)控相機同軸的光學(xué)系統(tǒng)。巨哥科技的短波紅外熱像儀提供0.9~2.5um波段的測溫，可以穿透石英玻璃，因此可與激光光學(xué)系統(tǒng)同軸集成。

激光光束和監(jiān)控相機的同軸系統(tǒng)

可透玻璃測溫的短波熱像儀（0.9~2.5um）

激光打標(biāo)在很多行業(yè)具有廣泛應(yīng)用，打標(biāo)時材料表面溫度升高，熱像儀可用于實時監(jiān)控打標(biāo)質(zhì)量。在產(chǎn)線上為提高效率，通常在目標(biāo)快速行進的過程中完成打標(biāo)。常規(guī)熱像儀因響應(yīng)時間較長，觀測運動目標(biāo)時會發(fā)生圖像的拖尾，影響識別效果。巨哥科技的高速熱像儀可有效防止圖像拖尾，在目標(biāo)快速運動時仍能清晰分辨熱分布細(xì)節(jié)。

常規(guī)（左）&高速（右）熱像儀拍攝運動物體打標(biāo)效果

5、防長波激光熱像儀

熱像儀常用于激光切割等高能量加工過程中的溫度監(jiān)控。在一些應(yīng)用中使用的二氧化碳激光器，其波長正好處于常規(guī)熱像儀的感應(yīng)區(qū)間，過高的能量（即使是從物體表面散射）將瞬間造成熱像儀內(nèi)的非制冷紅外焦平面探測器不可逆轉(zhuǎn)的損傷。巨哥科技的防長波激光熱像儀可針對特定波長進行屏蔽，安全用于存在二氧化碳激光器等高能量長波紅外的加工場合。此外，巨哥科技的短波熱像儀不受長波紅外損傷，可直接用于長波紅外激光的高溫加熱過程監(jiān)控。

防長波紅外激光熱像儀

* 所有激光行業(yè)的應(yīng)用，事先均需提供激光器的準(zhǔn)確波長和應(yīng)用場景，以便正確選擇產(chǎn)品類型，避免相機損壞。

審核編輯 黃昊宇