漲常識(shí)，熱像用于光纖激光器測試!

光纖激光器以其優(yōu)越性能成為材料加工領(lǐng)域的主流技術(shù)，其質(zhì)量與壽命受溫度控制影響顯著。本文聚焦于FOTRIC熱像儀在光纖激光器研發(fā)與品控中的應(yīng)用，涵蓋泵浦源、合束器、光纖及反射保護(hù)驗(yàn)證等關(guān)鍵部件的檢測。

光纖激光器熱像測試.mp3來自FOTRIC熱像科技00:0004:24光纖激光器具有光束質(zhì)量好、能量密度高、電光轉(zhuǎn)換效率高、散熱性好、結(jié)構(gòu)緊湊、免維護(hù)、柔性傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于雕刻、打標(biāo)、切割、熔覆、焊接、表層處理等材料加工領(lǐng)域，已成為激光技術(shù)發(fā)展主流方向和應(yīng)用主力軍。

光纖激光器主要部件包括LD泵浦源、特種光纖、光纖耦合器、激光功率合束器、聲光調(diào)制器、光纖隔離器、激光功率傳輸光纜組件等。

▲光纖激光器結(jié)構(gòu)

光纖激光器的整體電-光效率為30%~35%，大部分能量以熱能形式耗散掉。以1KW輸出功率光纖激光器為例，其耗散的熱功率高于2KW。因此，溫度控制直接決定激光器的質(zhì)量和使用年限。本文以泵浦源、合束器、光纖等為例，介紹FOTRIC熱像儀在光纖激光器研發(fā)與品控方面的典型應(yīng)用。

1、LD泵浦源檢測

▲LD泵浦源外觀

單個(gè)LD芯片輸出的激光功率是有限制的，泵浦將多個(gè)LD芯片封裝在一起，實(shí)現(xiàn)輸出功率提升。比如普遍的100W泵浦，包含數(shù)十個(gè)5W的LD芯片。

泵浦的整體電-光轉(zhuǎn)換效率約40%，發(fā)熱量很大，而溫度直接影響芯片輸出的激光波長，需借助熱沉水冷降溫。

▲未封裝泵浦內(nèi)部芯片的微觀熱分布(20μm微距鏡)

說明：

(a)泵浦內(nèi)部溫度分布;(b)芯片與熱沉結(jié)合縫1與縫2的溫度分布對比;(c)縫1與縫2溫升變化趨勢對比。

泵浦出廠前，需使用熱像儀做出廠檢測，下降泵浦被退貨的概率;相應(yīng)的，光纖激光器廠家會(huì)使用熱像儀對每一個(gè)泵浦做來料質(zhì)檢，退回不合格的泵浦，保證激光器的整機(jī)質(zhì)量。

泵浦的熱像檢測內(nèi)容通常包括：殼體溫度、電源管腳焊點(diǎn)、尾套溫度、尾纖溫度等。

▲泵浦熱像檢測

說明：

(a)泵浦殼體熱像圖，由于殼體是光滑金屬(如銅)，發(fā)射率很低，應(yīng)粘貼電工膠帶輔助測試，檢測標(biāo)準(zhǔn)是25℃環(huán)境溫度，25℃冷卻水循環(huán)，滿功率時(shí)溫度<45℃;(b)電源管腳焊點(diǎn)熱像圖;(c)套管熱像圖，最高溫不可高于80℃;(d)尾纖熱像圖，溫度不可高于45℃。

2、合束器檢測

合束器的作用是將N路泵浦的激光合成1路激光，實(shí)現(xiàn)激光器的高功率輸出。

▲合束器

光纖激光器的光-光轉(zhuǎn)換效率約70%(N路泵浦激光轉(zhuǎn)換成激光器輸出激光的效率)，合束器作為無源光學(xué)耦合器件，存在較大的光功率損耗，因此大功率的合束器需要強(qiáng)制冷卻。

合束器出廠前，需使用熱像儀做出廠檢測，下降合束器被退貨的概率;同時(shí)，光纖激光器廠家會(huì)對合束器逐一做來料熱像檢測，檢測內(nèi)容通常包括殼體溫度、入端(泵浦端)/出端光纖溫度等，以避免不合格的合束器影響激光器的整機(jī)質(zhì)量。

▲合束器熱像檢測

說明：

(a)泵浦殼體熱像圖，由于殼體是光滑金屬(如銅)，發(fā)射率很低，應(yīng)粘貼電工膠帶輔助測試，溫度<45℃;(b)合束器光纖，最高溫度<45℃。

3、雙包層光纖與熔接點(diǎn)檢測

光纖激光器采用諸如雙包層光纖等特種光纖作為激光傳輸通道，通過熔接聯(lián)通泵浦、合束器等部件，是激光的內(nèi)部傳輸通道。光纖會(huì)吸收部分激光能量引發(fā)溫升，溫度過高會(huì)加速老化，造成溫度高→老化加快→溫度更高的惡性循環(huán)，下降激光器的可靠性和使用年限，因此需使用熱像儀檢測整段光纖，尤其是光纖熔接點(diǎn)溫度。

▲光纖熔接點(diǎn)溫度檢測

4、激光反射保護(hù)驗(yàn)證檢測

隨著光纖激光器在金屬加工應(yīng)用的日益普及，用戶們逐漸意識(shí)到光纖激光器的一個(gè)弱點(diǎn)：很容易受到來自金屬工件的背向反射激光的損壞。

因此，高質(zhì)量的光纖激光器需具備反射保護(hù)機(jī)制，并在出廠前模擬反向輸入一定功率的激光，以確保質(zhì)量。熱像儀是其中必要的檢測手段，反向測試中各部件的溫度原則上都不可高于45℃。

▲激光反射保護(hù)驗(yàn)證檢測

測試光纖激光器，推薦使用FOTRIC 280專家級(jí)科研熱像儀：

1、非接觸測溫，不影響被測物體;并采集整個(gè)畫面所有溫度點(diǎn)，自動(dòng)捕捉全屏或區(qū)域最熱點(diǎn)，直觀看到問題點(diǎn)，高效率無盲區(qū)地查找問題;

2、既可便攜使用，也可通過連接電腦，配合AnalyzIR軟件變身為在線熱像儀，錄制全輻射視頻掌握熱擴(kuò)散路徑和溫升曲線，便于研發(fā)分析;

3、支持分區(qū)域發(fā)射率設(shè)定，為同一畫面中的不同被測材料設(shè)置不同發(fā)射率，測溫更精準(zhǔn);

4、支持溫度閾值、時(shí)間、持續(xù)時(shí)長等觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，提升工作效率;

5、加配微距鏡，支持20μm分辨能力，可檢驗(yàn)細(xì)小對象的溫度;

6、功能強(qiáng)大的專業(yè)分析軟件，實(shí)現(xiàn)二維、三維、時(shí)域、溫差等全方位分析。