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GreenTEG公司激光功率探头(OEM功率计)特点及应用实例
作者:昊量光电
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一、激光功率探头(OEM功率计)应用背景

随着人们生活水平和消费水平的提高,对产品和服务的要求也到达了一个新的高度。人们不再满足于最初对产品的基本要求,比如激光精密加工行业,对产品的精度和外观要求非常苛刻。在一些可能危及人身安全的行业,人们对产品可能带来的安全问题和负面作用要求更苛刻。比如激光医疗、激光美容和高功率激光加工行业。解决这一问题的关键在于保证激光生产过程中输出稳定的激光功率。在线实时监控激光功率,成为当下所有激光设备生产商面临的首要问题。

激光功率探头的出现彻底改变了原来简单的工具式测量方式,激光功率探头可以集成在激光加工设备中,在线实时对激光器输出的功率做监测。随着下游客户对激光设备的要求越来越高。更多的激光设备生产商选择在设备出厂前会集成一个激光功率探头,也称为OEM功率计。这是激光功率探头得到广泛应用的根本原因。

二、Green TEG激光功率探头(OEM功率计)主要优势

根据市场的需求,瑞士GreenTEG公司推出结构简单,具有超高性价比的PCB基热电功率探头及芯片式功率探头,其主要特点有:

1. 价格低

激光加工行业竞争越来越激烈,控制成本成为了所有工业厂商的首要任务。因为封装简单、不带热沉,PCB基激光功率探头(OEM功率计)相对之前的功率计便宜很多。甚至可以提供激光功率探头裸芯片给客户。

2. 体积小

PCB基激光功率探头由于没有增加热沉和表头,体积要比常规功率计小。GreenTEG新推出的芯片式激光功率探头和装配式激光功率探头更是将体积缩小到极限。仅有手机卡大小。在激光设备狭小的空间中能够发挥无可替代的作用。

3. 测量精确

PCB基激光功率探头虽然设计上省去了热沉(可直接安装在客户提供的相应热沉上),但丝毫不影响其测量的准确性及一致性。Green TEG PCB基激光功率探头通过两种方式完美的补偿了基本功率变化带来的测量误差。第一种方法是在PCB铝基板上加装了一个同样规格的热电堆探头芯片作为基板温度测量参考。测量功率值为两块热电堆芯片信号的差值,这样就完美补偿基板温度的变化,实现了真正的实时补偿。第二种方法是,在热电堆功率探头芯片旁增加了一个精确的热敏电阻,通过急缺的计算实时校准基板的温度,从而实现功率的实时校准。

三、激光功率探头(OEM功率计)分类

GreenTEG激光功率探头(OEM功率计)非常典型,分别推出了激光功率计裸芯片,PCB基激光功率探头、装配式和集成式功率探头。按照集成程度可分为以下几类:

1. 裸芯片

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图1 GreenTEG公司B01-SC和B05-SC裸芯片

裸芯片是GreenTEG激光功率探头中最初级的传感片,探测器镀膜以后直接输出的是一种未校准的模拟信号。适用于设备集成需求量非常大的用户,可以集成在功率计中,做成完整的功率计,也可以集成在激光光源当中,对光源直接实时监控。也可以用在激光系统中,客户研发团队要比较强大。

2. PCB基激光功率探头

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图2 GreenTEG公司B01-SMC、B05-SMC和B05-MC基于PCB芯片式激光功率探头

基于PCB的芯片式激光功率探头在全球最受欢迎,在体积特别小的前提下,价格确很低。是激光医疗,工业激光设备制造商的最佳选择。这种PCB芯片式激光功率探头量程虽然比较小,但客户一般会采用分光测量的方式将高至上千瓦的激光分出一小部分进行监测。而且此款功率探头(OEM功率计)装配简单、方便,只需要将芯片固定在要求的热沉上即可。

3. GreenTEG装配式激光功率探头(OEM功率计)

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图3 GreenTEG公司C50-MC装配式激光功率探头(OEM功率计)

装配式激光功率探头B50-MC适用于3D打印,激光医疗和激光钻孔等工业领域。比起芯片式功率探头,装配式激光功率探头的优势在于量程范围大,可覆盖的激光功率范围大。一般需要配套相应放大电路使用,输出的模拟电压信号和激光功率成线性关系。

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图4 GreenTEG公司AMP系列放大电路

AMP系列放大电路是装配式功率探头和PCB芯片式功率探头的可选设备,根据放大倍数的需求,GreenTEG提供了三种可选的型号(AMP204/AMP2050/AMP2060)供客户选择,每个型号的增益系数不同。

4. GreenTEG金属壳式激光功率探头(OEM功率计)

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图5 GreenTEG公司金属壳式激光功率探头C05-HC和C100HW

GreenTEG金属式激光功率探头是一款较为完整的功率探头,产品按照功率范围可分为5W/10W/50W/100W四种,其中5W和10W的激光功率探头采用的是普通热沉冷却,50W和100W的采用的是水冷方式冷却。C50-HW和C100—HW都会带水路接口,金属式功率探头直接将放大电路集成在里面,输出的是校准和放大过的模拟信号,客户可以直接将模拟的放大信号接在电压计上读出。这款功率探头可以给客户免去开发放大电路和集成的工序。

四、激光功率探头(OEM功率计)应用方案

1. 利用激光腔镜漏光监测功率

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激光器的腔镜虽然是一个全反镜,但仍然会有一部分透射光,一般透射光比例为0.5%~2%之间。根据透射光和输出光强度比例来监测功率的变化,该方案在国外有多种应用,既适用于激光源直接集成,也可以在激光加工系统中广泛应用,比如高功率CO2激光切割系统就采用的是该方案。

2. 激光器输出后,移动反射镜法检测激光功率

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激光功率探头常常被集成在设备中对激光器的输出功率做实时监控。主要是在两个过程中发挥作用:激光加工之前,可以在很短的时间内预先判断激光功率是否正常,如果不正常可以反馈给激光器做校准。激光加工过程中,可以实时对激光功率做监测。前者在激光3D打印,激光医疗领域意义重大,后者在激光精密加工行业应用广泛,不影响生产效率

许多激光加工设备生产商在激光器输出的光路上增加一个可移动的反射镜来控制激光功率检测。激光器开启时,处于激光功率检测模式,看激光功率是否正常,如果正常就可以将转镜移动到光路上切换光路,进行加工。这种方案在激光医疗领域应用最多,要求检测时功率探头的响应时间必须很快,GreenTEG的激光功率探头目前是热电堆功率探头行业中响应时间最快的产品,可达到0.1~0.2s。

这个方案的最大缺陷是加工的时候不能检测,检测的时候不能加工。

3. 激光器输出后,分光法监测激光功率

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采用分光片,分出一部分光,或者在45度全反镜后面检测漏光的方法。这种方案可以实时检测激光功率。而且当输出的激光功率比较大的时候,我们现在用分光法,按比例分出来一部分光,通过监测这一部分激光的功率值来推算出整个输出的功率。选择功率更小的激光功率探头(OEM功率计)可以大大的减少成本和因为增加热沉带来的体积。也不需要水冷装置。我们强烈推荐此方案。然而,这个方案在科研领域应用是有局限性的,主要是客户对精度的要求非常高,这种方案可能达不到。

五、激光功率探头(OEM功率计)输出电压和功率的转换关系

输出电压和功率具有线性关系,意味着每个产品出场后都会有一个标定系数。这个系数可以将电压值转换成激光输出功率值。但是这个要求激光功率探头的线性度必须非常好。

GreenTEG激光功率探头拥有良好的线性度,在行业内受到一致好评,如下图6

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图6 GreenTEG公司激光功率探头输出线性图

此外,输出的激光功率还会受到激光波长和温度影响,一般来说GreenTEG激光功率探头(OEM功率计)的校准波长是1064nm,如果您要用在532nm或者10.6um等其它波长上时,需要乘以系数。实时测量的过程中,任何一种热电堆式激光功率探头都会发热产生热漂移,GreenTEG激光功率探头集成了一个热敏电阻,通过测量输出的阻值转换成温度系数,对温度做补偿。

六、GreenTEG激光功率探头(OEM功率计)特点

1. 价格超低

我们可提供多种的方案和产品满足您的需求,裸芯片和PCB芯片式在业界是独特的。价格更是无与伦比。

2. 响应时间超快

GreenTEG开创性的将热电堆式激光功率探头响应时间提高至0.2S,特别是在利用移动转镜法检测激光器输出功率时,可以大大提高生产效率。如图7

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图7 GreenTEG激光功率探头响应时间曲线

3. 体积超小

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GreenTEG激光功率探头(OEM功率计)最小尺寸仅有2mm×2mm。由于很多激光器厂家生产的激光源体积非常小,传统功率探头由于体积太大无法使用。GreenTEG在这个领域优势非常明显。

4. 适用波长范围宽

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GreenTEG热电堆式激光功率探头可覆盖几乎全波段的范围。0.19um到15um.

近日上海昊量光电和GreenTEG签订了代理协议,由昊量光电全权负责Green TEG公司激光功率探头中国大陆,香港以及澳门地区销售,市场及技术支持等工作。

关于昊量光电:

上海昊量光电设备有限公司专注于光电领域的技术服务和产品销售。致力于引进国外顶级光电器件制造商的技术与产品,为国内客户提供幼稚的产品与服务。我们力争在原产厂商与客户之间搭建起沟通的桥梁与合作的平台。
文章内容仅供参考 (投稿) (9/28/2015)
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