高功率CO激光器功率实时检测与控制

摘要

激光功率是高功率激光器中最主要的参量，激光输出功率严重地影响着激光加工的质量。在激光加工过程中, 如果能实时监控激光功率的变化,提高激光功率稳定性和控制精度, 对于提高产品合格率有着极其重要的作用。 为此，设计了一种新颖的高功率激光实时检测与控制装置。该系统由两部分组成:一部分是激光功率采样单元，这一部分主要由介质全反镜、积分球、探测器及信号处理电路组成。另一部分是光功率反馈控制单元,主要由单片机系统和PID控制器组成。 采样单元利用尾镜即全反镜的透射光进行激光采样。通常快响应的光电器件如光电型和热释电探测器的损伤阈值为单位面积毫瓦量级，远远低于待测值，为保护探测器不被损伤，本设计中利用积分球首先对光强进行衰减，然后再对光参量进行精确测试。当被测激光通过积分球入口进入经漫反射处理的球内后，在球内壁多次漫反射从而在球内表面上形成均匀光强分布，且与入射光成线性关系，在积分球出口处放置光电探测器测量此处的光功率，即可得到输出激光功率值,从而获得采样信号。光功率反馈控制单元将光功率采样信号实时反馈回来和预置功率信号（基准电压）进行比较，通过PID控制器，自动调节放电电流，以保证输出激光功率的稳定。 实验表明，该系统能够实时监控激光的输出功率，有效提高激光功率的控制精度和稳定性,且不影响激光输出。在4KW轴快流CO2激光器上实际运行该系统的结果显示：该系统可使得激光功率稳定度达到±0.1％水平。