一种大功率激光输出功率低频波动的直接测量法

　　1引言

　　大功率激光功率的稳定性是目前器件性能检验的一个重要指标。引起激光输出功率随时间的变化有周期性的波动，也有随机的波动。通常用功率稳定度进行度量，其定义是一段时间内功率波动的起伏值与输出功率的平均值之比。对于工业加工用的大功率激光器，其最大的影响是数十赫兹以内的低频激光功率波动。

　　对于大功率激光输出功率的低频波动，目前还没有一种有效的方法，更不能实现对激光输出功率的实时在线(在位)测量。为此，本文提出并研制出了一种大功率激光输出功率低频波动测量仪，它是对功率进行直接测量，亦可进行实时、在线测量，可满足各种激光应用场合对大功率激光功率进行测量的要求。

　　2测量原理

　　如图1所示是大功率激光输出功率低频波动测量的工作原理。在这里，采用的是空心探针探测法，这一方法过去是作为大功率激光光束光斑质量检测而提出的〔2〕。由一个定速电机带动空心探针转动，探针一端有一个微孔，探针转动时微孔对光束(光斑)的某一横截面进行扫描，这样就可以获得激光功率(横截面分布)随时间变化的信息。探针是该仪器的关键部件，包括微孔、内光腔、反射镜等部分，微孔的大小由被测激光光束(光斑)的功率密度确定，直径约为20^50如m。在选择探针材料时要考虑到抗高功率的激光损伤，另外，为了实时在线测量，探针的直径应尽量小，使测量时的光能量损耗小于1%。入射光束通过微孔，通过探针的两个倾斜的反射镜反射到热释电探测器上，获得激光的强度。

       3仪器结构

　　测量仪包括传感器、机械装置、信号的提取与放大、控制电路、数据处理及显示等部分组成，其信号采集与处理系统原理图如图2所示。

机械装置包括快速平动和高速转动两部分。快速平动装置是为了实现自动测量而设计的，其目的是使探针微孔在测量过程中能自动对准光束(光斑)的中心截面，平动装置由步进电机驱动精密丝杆付，以保证位移精度。采用高速转动电机(1500r /min，以上)是为了提高探针的抗激光损伤阖值，并且测量到的激光功率低频波动的频率上限值由其最高转速确定。　测量仪的工作是在高速单片机芯片80C320的控制下完成的。

　　热释电探测器的输出反映了入射激光功率的大小，将该信号转换成电压信号后，经放大、滤波处理，送A/D转换器，转换成数字量后暂时保存在缓存中，测量结束后再通过RS232串行口传输到计算机，进行进一步的处理及显示。