激光加工与激光器研发红外解决方案

本文介绍巨哥科技在激光加工与激光器研发中的红外解决方案，包括光束质量分析、光纤激光器温度检测、激光焊接和打标等过程监控。

1、激光光束分析

巨哥科技MAGRay激光光束分析仪系列可对可见、近红外、短波红外、中波红外、长波红外和远红外的各种波长光束进行成像和分析，测量光斑尺寸、二维/三维能量分布、发散角、椭圆度、光束指向稳定性、束腰位置和大小，以及光束质量因子M2等。

MAGRay具有高动态范围，兼容连续和脉冲激光器，远场和近场光斑均可测量，可实时监控光束的连续变化，每秒最高可输出100幅图像数据。MAGRay提供高灵敏度和高量程两种规格，高灵敏度规格可测最小功率为0.04mW/cm2，高量程规格可测最大功率为400W/cm2。

MAGRay配置专业版应用程序和数据分析软件，可进行对比度调节、细节增强、多种调色板选择、光束变化录像和回放、线强度分析等，也可直接导出Excel数据，便于研究者自主分析和制作图表。

苏黎世联邦理工学院的Jerome Faist教授是1994年首台量子级联激光器（QCL）的发明者，其研究小组将MAGRay用于新一代激光器的前沿研究，下图是测得的表面垂直发射长波红外QCL激光器的光束能量分布。

2、光纤激光器温度检测

光纤激光器温度监控

在光纤激光器中，光纤可能吸收激光能量使得温度升高，加速光纤老化，降低激光器的可靠性和使用寿命。在使用过程中用热像仪检测整段光纤和组件的温度分布，尤其是光纤熔接点和连接处温度，可及时发现异常。

增益光纤温度

泵浦管嘴&光纤输出端帽温度

合束器和增益光纤熔接点&包层光剥除点温度

发表于2020年第69期《物理学报》的“530W全光纤结构连续掺铥光纤激光器”采用巨哥科技的热像仪观察掺Tm3+光纤的温度，在最高输出功率达到530W时，其最高温度超过60C，但没有出现明显的放大自发辐射和非线性效应, 输出功率仅受限于抽运功率, 验证了国产掺Tm3+石英光纤在高功率系统中的可靠性。

3、激光焊接

用于熔覆和激光金属沉积加工的闭环激光功率控制系统需要对激光加热的熔池形貌和温度进行实时测量和反馈。采用巨哥科技MAG系列高温型在线式热像仪，使用图像处理算法对熔池宽度和中心点等位置进行识别，实时控制激光的位置和功率，可有效提高焊接质量。

巨哥科技的F6科学级热像仪可提供0~2500C的全量程温度监控，清晰展现加热焊接全过程的温度细节；支持最高100Hz的数据率，可记录快速温度变化过程；提供温度数据流录制，可选择慢速回放，重现完整细节。

在高能激光环境下，常规热像仪自身容易受激光加热效应影响产生测温误差，F6科学级热像仪可用于波长小于2μm的高能激光环境并保持测温准确度。需要注意的是，大于7μm的长波二氧化碳激光器会对热像仪造成不可逆的损伤，用户需提前申明以便提供激光安全的产品。

焊接熔池监控

常规热像仪的感应范围是7.5~14um的长波红外。由于激光焊接的光学系统包含石英玻璃等材料，长波红外无法穿透，因此热像仪需在侧面安装，无遮挡地观测焊接表面。为使整套监控和控制系统高度集成，并使激光和相机的坐标精确对准，提高加工精度，理想设计是采用激光光束和监控相机同轴的光学系统。巨哥科技的短波红外热像仪提供0.9~2.5um波段的测温，可以穿透石英玻璃，因此可与激光光学系统同轴集成。

激光光束和监控相机的同轴系统

可透玻璃测温的短波热像仪（0.9~2.5um）

激光打标在很多行业具有广泛应用，打标时材料表面温度升高，热像仪可用于实时监控打标质量。在产线上为提高效率，通常在目标快速行进的过程中完成打标。常规热像仪因响应时间较长，观测运动目标时会发生图像的拖尾，影响识别效果。巨哥科技的高速热像仪可有效防止图像拖尾，在目标快速运动时仍能清晰分辨热分布细节。

常规（左）&高速（右）热像仪拍摄运动物体打标效果

5、防长波激光热像仪

热像仪常用于激光切割等高能量加工过程中的温度监控。在一些应用中使用的二氧化碳激光器，其波长正好处于常规热像仪的感应区间，过高的能量（即使是从物体表面散射）将瞬间造成热像仪内的非制冷红外焦平面探测器不可逆转的损伤。巨哥科技的防长波激光热像仪可针对特定波长进行屏蔽，安全用于存在二氧化碳激光器等高能量长波红外的加工场合。此外，巨哥科技的短波热像仪不受长波红外损伤，可直接用于长波红外激光的高温加热过程监控。

防长波红外激光热像仪

* 所有激光行业的应用，事先均需提供激光器的准确波长和应用场景，以便正确选择产品类型，避免相机损坏。

审核编辑 黄昊宇