FOTRIC- 天津娜妮 光纤激光器测试
来源: | 作者:天津娜妮 | 发布时间: 2020-09-02 | 73 次浏览 | 分享到:
娜妮公司对光纤激光器进行测试,测试结果如下:
光纤激光器具有光束质量好、能量密度高、电光转换效率高、散热性好、结构紧凑、免维护、柔性传输等优点,广泛应用于雕刻、打标、切割、熔覆、焊接、表面处理等材料加工领域,已成为激光技术发展主流方向和应用主力军。


光纤激光器主要部件包括LD泵浦源、特种光纤、光纤耦合器、激光功率合束器、声光调制器、光纤隔离器、激光功率传输光缆组件

光纤激光器的整体电-光效率为30%~35%,大部分能量以热能形式耗散掉。以1KW输出功率光纤激光器为例,其耗散的热功率超过2KW。因此,温度控制直接决定激光器的品质和使用寿命。本文以泵浦源、合束器、光纤等为例,介绍FOTRIC热像仪在光纤激光器研发与品控方面的典型应用。
一、LD泵浦源检测
                         

单个LD芯片输出的激光功率是有限制的,泵浦将多个LD芯片封装在一起,实现输出功率提升。比如常见的100W泵浦,包含数十个5W的LD芯片。

 

泵浦的整体电-光转换效率约40%,发热量很大,而温度直接影响芯片输出的激光波长,需借助热沉水冷降温。

            

说明:(a)泵浦内部温度分布;(b)芯片与热沉结合缝1与缝2的温度分布对比;(c)缝1与缝2温升变化趋势对比。

 

泵浦出厂前,需使用热像仪做出厂检测,降低泵浦被退货的概率;相应的,光纤激光器厂家会使用热像仪对每一个泵浦做来料质检,退回不合格的泵浦,保证激光器的整机质量。

 

泵浦的热像检测内容通常包括:壳体温度、电源管脚焊点、尾套温度、尾纤温度等。

           

说明:

(a)泵浦壳体热像图,由于壳体是光滑金属(如铜),发射率很低,应粘贴电工胶带辅助测试,检测标准是25℃环境温度,25℃冷却水循环,满功率时温度<45℃;(b)电源管脚焊点热像图;(c)套管热像图,最高温不能超过80℃;(d)尾纤热像图,温度不能超过45

二、合束器检测

合束器的作用是将N路泵浦的激光合成1路激光,实现激光器的高功率输出。

                    
光纤激光器的光-光转换效率约70%(N路泵浦激光转换成激光器输出激光的效率),合束器作为无源光学耦合器件,存在较大的光功率损耗,因此大功率的合束器需要强制冷却。

 合束器出厂前,需使用热像仪做出厂检测,降低合束器被退货的概率;同时,光纤激光器厂家会对合束器逐一做来料热像检测,检测内容通常包括壳体温度、入端(泵浦端)/出端光纤温度等,以避免不合格的合束器影响激光器的整机质量。
       

说明:

(a)泵浦壳体热像图,由于壳体是光滑金属(如铜),发射率很低,应粘贴电工胶带辅助测试,温度<45℃;(b)合束器光纤,最高温度<45℃。


三、双包层光纤与熔接点检测

光纤激光器采用诸如双包层光纤等特种光纤作为激光传输通道,通过熔接联通泵浦、合束器等部件,是激光的内部传输通道。光纤会吸收部分激光能量引发温升,温度过高会加速老化,导致温度高→老化加快→温度更高的恶性循环,降低激光器的可靠性和使用寿命,因此需使用热像仪检测整段光纤,尤其是光纤熔接点温度。

           

四、激光反射保护验证检测

随着光纤激光器在金属加工应用的日益普及,用户们逐渐意识到光纤激光器的一个弱点:很容易受到来自金属工件的背向反射激光的损坏。

 

因此,高品质的光纤激光器需具备反射保护机制,并在出厂前模拟反向输入一定功率的激光,以确保品质。热像仪是其中必要的检测手段,反向测试中各部件的温度原则上都不能超过45℃。