專利名稱：一種大功率激光損耗光吸收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大功率激光損耗光的吸收，是一種將大功率激光損耗光吸收，防 止大功率激光損耗光損傷其他元器件的裝置，屬于激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大功率激光器在激光加工領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，提高激光器的功率一直以來都 是研究的重點(diǎn)，目前比較常用的提高激光器功率的方法有波長合束、偏振合束。由于波長合 束和偏振合束存在一定的效率，不可避免的在合束過程中產(chǎn)生光的損耗，損耗光的效率在 2% 3%。工業(yè)加工用大功率激光器的功率達(dá)幾千瓦甚至上萬瓦，損耗光的功率已經(jīng)超過 瓦級(jí)，達(dá)到十幾瓦甚至幾十瓦。激光的損耗是不可避免的，為了避免損耗的激光對(duì)人和激光 器沒的元器件造成損傷，必須對(duì)損耗光進(jìn)行及時(shí)充分的接收處理。因此，設(shè)計(jì)一種對(duì)雜散光 充分吸收的裝置，意義重大。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，提高對(duì)激光吸收率的辦法主要有兩種，一種是改變激光接收面的 表面結(jié)構(gòu)，一種是在接收材料表面涂覆一層或多層針對(duì)特定波長的高吸收率的物質(zhì)。目前通過改變激光接收面的表面結(jié)構(gòu)的裝置主要有兩種，一種是對(duì)接收面進(jìn)行高 粗糙度處理，使照射到接收面的激光變成朝各個(gè)方向傳播的雜散光，減少原路返回的光能 量。這種方法對(duì)低功率的激光器能夠起到保護(hù)發(fā)光單元的作用，對(duì)大功率激光器的意義不 大。另外一種裝置是通過一個(gè)比激光光斑直徑更大的圓錐面來接收激光，通過激光在 圓錐面內(nèi)的多次反射來達(dá)到吸收體對(duì)激光充分吸收的目的。這種方法可以實(shí)現(xiàn)吸收體對(duì)激 光的充分吸收，但這種裝置適用于光斑直徑較小的情況。對(duì)于激光大光斑的情況，這種裝置 的直徑和厚度都會(huì)變的很大，與激光器體積小、重量輕的特點(diǎn)相沖突，不利于在激光器中的 應(yīng)用。在接收材料表面增加涂覆層的辦法能夠有效增加材料對(duì)激光的吸收率，金屬材 料對(duì)激光的吸收率在10% 40%，增加了特殊涂覆層的材料對(duì)激光的吸收率可以提高到 90%以上，在激光隱身材料的研究中得到廣泛應(yīng)用。但是對(duì)大功率的激光器，靠涂覆層來吸 收可能會(huì)導(dǎo)致在激光器內(nèi)部產(chǎn)生煙塵，將大大降低激光器的壽命。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述幾種方案的技術(shù)缺點(diǎn)，提供了一種大功率激光損 耗光吸收裝置，該裝置利用吸收器的形狀來充分吸收大功率激光的損耗光，并且利用冷卻 液散熱。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案(同權(quán)利要求)設(shè)計(jì)一種大功率激光損耗光吸收裝置，由吸收擋板和圍繞在吸收擋板邊緣的冷卻 框架組成，吸收擋板的一面作為激光輻照的吸收面，其上陣列密布不通透的錐孔，錐孔的錐 度角φ ，相鄰錐孔的中心間距小于錐孔的錐底面尺寸，使吸收面的激光輻照范圍內(nèi)
3沒有平面存在；所述冷卻框架中設(shè)有冷卻液通道。所述吸收擋板為圓形或矩形；最好采用 吸熱快的金屬材料；吸收擋板的厚度一般為8 20mm。所述錐孔為圓錐孔或多邊形錐孔。為了更好地散熱，本發(fā)明也可以采用如下方案設(shè)計(jì)一種大功率激光損耗光吸收裝置，由冷卻框架和一面朝外嵌在冷卻框架中的 吸收擋板組成，所述吸收擋板朝外的面作為激光輻照的吸收面，其上陣列密布不通透的錐 孔，錐孔的錐度角Φ <30°，相鄰錐孔的中心間距小于錐孔的錐底面尺寸，使吸收面的激 光輻照范圍內(nèi)沒有平面存在；擋板的另一面作為散熱面；所述冷卻框架中設(shè)有盤繞的冷卻 液通道。所述吸收擋板為圓形或矩形；最好采用吸熱快的金屬材料；吸收擋板的厚度一般 為8 20mm。所述錐孔為圓錐孔或多邊形錐孔。本方案利用了錐孔多次反射的吸收原理，當(dāng)損耗激光光束3垂直入射到吸收擋板 1，進(jìn)入錐孔4，如圖1所示，由于錐底面的尺寸大于相鄰兩個(gè)錐孔最大的中心間距L，激光光 束3的光線全部進(jìn)入到錐孔4中。當(dāng)錐孔的錐度角Φ =30°時(shí)，進(jìn)入到錐孔4中的激光光束 3在al處發(fā)生第一次反射，在這個(gè)過程中有40%的光被吸收擋板的材料吸收掉，60%的光 被反射，在a2處發(fā)生第二次反射，有60% X 40%= %的光被吸收掉，60% X60%=36% 的光被反射，在a3處發(fā)生第三次反射，有36% X 40%= 14. 4%的光被吸收掉，36% X 60% =21. 6%的光被反射，在a4出發(fā)生第四次反射，有21. 6% X 40 8. 64 %的光被吸收 掉，21. 6% X 60%= 12. 96%的光被反射，在a5處發(fā)生第五次反射，有12.96% X 40% = 5. 18%的光被吸收掉，12. 96% X 60%= 7. 78 %的光被反射，在a6處發(fā)生第六次反射，有 7. 78% X40%= 3. 11%的光被吸收掉，778% X60% = 4. 67%的光被反射，被反射的光沿 原路返回，激光的功率已經(jīng)降到原來的10%以下，大大降低了損耗光的危害。當(dāng)錐度角Φ < 30°時(shí)，損耗光在錐孔內(nèi)的反射次數(shù)將大于6次，損耗光將被更多地吸收。本裝置的主要優(yōu)點(diǎn)在于本裝置通過在擋光板表面的多排小錐孔使損耗光發(fā)生多 次反射與吸收，最終使90%以上的損耗光都被擋光板材料吸收。當(dāng)錐孔的錐度Φ ^ 30° 時(shí)，垂直入射的損耗光將在錐孔內(nèi)至少發(fā)生6次反射，每次反射都將產(chǎn)生40%的能量損失， 最后的出射光占入射光的能量比為(1-40% )6，使出射損耗光的功率大大降低，低于入射 損耗光的10%。該裝置對(duì)損耗光的吸收效率非常高，特別適合于大功率激光損耗光的吸收， 同時(shí)該裝置還具有成本低、加工難度小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型中錐孔吸收損耗光的原理示意圖。圖2為本實(shí)用新型吸收裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型吸收裝置實(shí)施例3的擋板結(jié)構(gòu)正視圖。圖中1、吸收擋板，2、冷卻框架，3、入射激光光束，4、錐孔，5、冷卻液通道。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖2、3對(duì)本實(shí)用新型的三個(gè)實(shí)施例加以說明。實(shí)施例1，在厚度為12mm的矩形碳鋼板(或其它合金鋼板)的一面的中心區(qū)域打 錐度角為30°的圓錐孔陣列，圓錐孔的錐底面半徑為6mm，相鄰圓錐孔的中心間距為4mm， 相鄰圓錐孔最大的中心間距為5. 66mm，此板即為吸收擋板1。在矩形碳鋼板(或其它合金鋼板)的三邊的邊緣處打三條平行于邊緣的相互貫通的孔道，作為冷卻液通道5，選擇冷卻 液能夠流經(jīng)距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)孔道作為冷卻液的進(jìn)口和出口，此帶冷卻液通道5的邊緣即為 冷卻框架2?；蛘吡碓O(shè)一塊板面和厚度都大于吸收擋板1的碳鋼板(或其它合金鋼板)，中 部掏空，可嵌入吸收擋板1，四周設(shè)冷卻液通道5，來作為冷卻框架2。如此形成損耗光吸收
直ο實(shí)施例2，用比實(shí)施例1更厚的矩形碳鋼板(或其它合金鋼板)作為吸收擋板1， 圓錐孔不通透，且距離吸收擋板1的另一面有一定距離，在這個(gè)距離中打平行于吸收擋板1 一排通透的孔道，交替連接各孔道形成蛇形的冷卻液通道5。或者將實(shí)施例1中的吸收擋板 1疊放在預(yù)置的帶有所述的蛇形冷卻液通道5的散熱板上，形成損耗光吸收裝置，該散熱板 即作為冷卻框架2。這樣的散熱效果比實(shí)施例1中的要好很多。實(shí)施例3，如圖3，將實(shí)施例1或?qū)嵤├?中的圓錐孔改為正多邊形(如正六邊形) 的錐孔，這樣的相鄰錐孔的錐底面連接最緊密，且不會(huì)產(chǎn)生交疊，如此形成的錐孔的錐底面 最整齊，使照射在錐底面區(qū)域中的光線都會(huì)進(jìn)入該錐孔中。
權(quán)利要求1.一種大功率激光損耗光吸收裝置，由吸收擋板(1)和圍繞在吸收擋板邊緣的冷卻框 架(2)組成，其特征在于所述吸收擋板(1)的一面作為激光輻照的吸收面，其上陣列密布 不通透的錐孔(4)，錐孔的錐度角Φ ( 30°，相鄰錐孔的中心間距小于錐孔的錐底面尺寸， 使吸收面的激光輻照范圍內(nèi)沒有平面存在；所述冷卻框架(2)中設(shè)有冷卻液通道(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述吸收擋板 (1)為圓形或矩形。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述吸收 擋板(1)為金屬材料。
4.如權(quán)利要求3所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述吸收擋板 (1)的厚度為8 20mm。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述錐孔 (4)為圓錐孔或多邊形錐孔。
6.一種大功率激光損耗光吸收裝置，由冷卻框架和一面朝外嵌在冷卻框架(2)中的吸 收擋板(1)組成，其特征在于所述吸收擋板(1)朝外的面作為激光輻照的吸收面，其上陣 列密布不通透的錐孔(4)，錐孔的錐度角Φ <30°，相鄰錐孔的中心間距小于錐孔的錐底 面尺寸，使吸收面的激光輻照范圍內(nèi)沒有平面存在；擋板的另一面作為散熱面；所述冷卻 框架(2)中設(shè)有盤繞的冷卻液通道(5)。
7.如權(quán)利要求4所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述吸收擋板 (1)為圓形或矩形。
8.如權(quán)利要求4或5所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述吸收 擋板(1)為金屬材料。
9.如權(quán)利要求8所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述吸收擋板 (1)的厚度為8 20mm。
10.如權(quán)利要求4或5所述的一種大功率激光損耗光吸收裝置，其特征在于所述錐孔 (4)為圓錐孔或多邊形錐孔。
專利摘要一種大功率激光損耗光吸收裝置是一種將大功率激光損耗光吸收，防止大功率激光損耗光損傷其他元器件的裝置，屬于激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。由吸收擋板(1)和圍繞在吸收擋板邊緣的冷卻框架(2)組成，其特征在于所述吸收擋板(1)的一面作為激光輻照的吸收面，其上陣列密布不通透的錐孔(4)，錐孔的錐度角Φ≤30°，相鄰錐孔的中心間距小于錐孔的錐底面尺寸，使吸收面的激光輻照范圍內(nèi)沒有平面存在；所述冷卻框架(2)中設(shè)有冷卻液通道(5)。該裝置對(duì)損耗光的吸收效率非常高，特別適合于大功率激光損耗光的吸收，同時(shí)該裝置還具有成本低、加工難度小、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK201881048SQ20102062017
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者劉友強(qiáng), 曹銀花, 王智勇, 秦文斌 申請(qǐng)人:山西飛虹激光科技有限公司