隨著工業(yè)激光技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率激光在金屬切割、焊接、表面處理等領(lǐng)域的應用日益廣泛。目前，國內(nèi)光纖激光器的連續(xù)輸出功率已突破1萬瓦，而國外先進激光器的輸出功率甚至達到10萬瓦以上，且功率仍在持續(xù)增長。

在這一背景下，大功率激光的準確測量成為技術(shù)瓶頸。傳統(tǒng)光功率計通常采用熱電芯片進行測量，激光持續(xù)照射芯片后，能量轉(zhuǎn)化為熱能并通過散熱系統(tǒng)導出。然而，隨著激光功率不斷提升，芯片溫度急劇上升，極易導致燒毀。目前，市場上能夠測量2000瓦以下激光的功率計廠家較多，但面對1萬瓦以上的高功率激光，僅有少數(shù)企業(yè)能夠提供適用產(chǎn)品。當激光功率超過5萬瓦時，即使是最先進的產(chǎn)品也顯得極為脆弱，測量風險大幅增加。

若試圖先對激光進行衰減再測量，則面臨另一重困難：現(xiàn)有激光衰減器難以承受如此高的功率，操作上也存在諸多限制。正是在這樣的技術(shù)背景下，一種新型大功率激光衰減器的設(shè)計應運而生。

創(chuàng)新設(shè)計：旋轉(zhuǎn)式水冷衰減器的工作原理

本實用新型提供了一種全新結(jié)構(gòu)的大功率激光衰減器，其核心設(shè)計理念是在時域上對激光進行平均衰減，通過機械結(jié)構(gòu)與冷卻系統(tǒng)的結(jié)合，實現(xiàn)高功率激光的安全、穩(wěn)定衰減。

該衰減器主要由電機和擋光板兩部分構(gòu)成。擋光板設(shè)計為圓盤狀，其上開設(shè)一條或多條特殊形狀的縫隙。關(guān)鍵在于：縫隙的寬度隨著離圓心的距離增加而增大，形成扇形開口。擋光板內(nèi)部采用中空結(jié)構(gòu)，設(shè)有兩個進出水口，冷卻水可流入擋光板內(nèi)部并循環(huán)流動，有效帶走吸收的熱量。

圖1實施例一結(jié)構(gòu)示意圖 - 廣西科毅光通信科技有限公司

擋光板由電機驅(qū)動，圍繞圓心高速旋轉(zhuǎn)。激光在大部分時間內(nèi)被擋板阻擋吸收，僅在縫隙經(jīng)過時得以透射。由于縫隙呈特定扇形設(shè)計，無論激光照射在擋光板工作區(qū)域的哪個位置，其透射時間占總時間的比例恒定不變。這意味著衰減值僅由縫隙的幾何形狀決定，而與旋轉(zhuǎn)速度無關(guān)，從而實現(xiàn)了穩(wěn)定、可預測的衰減效果。

技術(shù)細節(jié)與實施例分析

實施例一：雙縫基礎(chǔ)設(shè)計

在第一實施例中，擋光板上設(shè)有兩條狹縫。如圖2所示，陰影區(qū)域為激光可照射的工作區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，距離旋轉(zhuǎn)軸心為r的圓周上，兩條縫隙的總寬度與r成正比。這種設(shè)計確保了激光無論照射在哪個位置，透射時間比例保持一致。

圖2 實施例一正面視圖

擋光板的中空結(jié)構(gòu)設(shè)計精巧，兩個進出水口位于擋板兩側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸心上。內(nèi)部結(jié)構(gòu)避免了進出水口的直通對流，迫使冷卻水在擋板內(nèi)部充分流動后再排出，提升了散熱效率。

實施例二：單縫優(yōu)化設(shè)計

實施例二在實施例一的基礎(chǔ)上進行了重要改進：擋光板上的縫隙減少為一條，縫隙兩側(cè)為直線，延長線通過旋轉(zhuǎn)軸心，形成小夾角θ。這一改變帶來了顯著優(yōu)勢。

圖3 實施例二結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 實施例二正面示意圖

更為重要的是，此實施例在擋光板的進出水口各連接了一個旋轉(zhuǎn)接頭，每個旋轉(zhuǎn)接頭再連接水管。旋轉(zhuǎn)接頭的使用使得水管不會隨擋光板旋轉(zhuǎn)，大大提高了系統(tǒng)的實用性和可靠性。

由于縫隙呈精確的扇形，激光在任何位置的透射時間比例均為θ/360，衰減率則為(1-θ/360)。例如，當θ=1度時，透射率僅為0.28%，意味著99.72%的激光能量被衰減，衰減值高達25.5dB。如此高的衰減能力，使其能夠應對極高功率的激光測量場景。

傳動方式優(yōu)化

專利還提供了兩種傳動方式的優(yōu)化設(shè)計：

皮帶傳動設(shè)計（實施例三）：如圖5所示，電機上安裝皮帶輪，通過皮帶帶動擋光板旋轉(zhuǎn)。這種傳動方式運行平穩(wěn)，噪音較低。

圖5 實施例三皮帶傳動結(jié)構(gòu)

齒輪傳動設(shè)計（實施例四）：如圖6所示，電機通過傳動齒輪與擋光板邊緣的齒條嚙合，驅(qū)動擋光板旋轉(zhuǎn)。這種傳動方式精度高，傳遞效率好。

圖6 實施例四齒輪傳動結(jié)構(gòu)

四、技術(shù)優(yōu)勢與應用價值

4.1 衰減穩(wěn)定性與精度保障

本設(shè)計的核心優(yōu)勢在于衰減值的穩(wěn)定性。由于衰減僅由縫隙的幾何形狀決定，與旋轉(zhuǎn)速度、電機狀態(tài)等動態(tài)因素無關(guān)，因此不受設(shè)備老化和轉(zhuǎn)速波動的影響。無論擋光板旋轉(zhuǎn)速度如何變化，無論激光照射在工作區(qū)域的哪個位置，衰減值都保持恒定。

這種穩(wěn)定性對于高精度激光測量至關(guān)重要。在實際應用中，熱電功率計的響應時間通常約為3秒。如果擋板轉(zhuǎn)速達到或超過20圈/秒，功率計讀數(shù)的波動將微乎其微，可直接視為激光功率的平均值。即使在響應時間更短或轉(zhuǎn)速較慢的情況下，通過適當?shù)钠骄嬎悖材塬@得準確的測量結(jié)果。

4.2 高功率耐受能力

通過創(chuàng)新的水冷設(shè)計，本衰減器能夠承受極高功率的激光照射。擋光板吸收的大部分激光能量被內(nèi)部流動的冷卻水迅速帶走，防止熱量積聚導致的設(shè)備損壞。這一設(shè)計使衰減器能夠長期穩(wěn)定工作在極高功率環(huán)境下，解決了傳統(tǒng)衰減器無法應對高功率激光的難題。

4.3 無介質(zhì)衰減的光路純凈性

與一些通過介質(zhì)吸收實現(xiàn)衰減的設(shè)備不同，本設(shè)計完全通過機械方式控制激光透射時間比例，光路中不添加任何中介介質(zhì)。這不僅保證了衰減比例的長期穩(wěn)定性，也避免了介質(zhì)可能帶來的光學污染、熱透鏡效應等問題，確保了測量結(jié)果的準確性。

五、行業(yè)應用前景

這項大功率激光衰減器技術(shù)在高功率激光加工、激光武器研發(fā)、科研實驗等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景：

1. 工業(yè)激光加工：為萬瓦級甚至更高功率的工業(yè)激光器提供安全、可靠的功率監(jiān)測手段，保障加工質(zhì)量與設(shè)備安全。

2. 激光系統(tǒng)研發(fā)：為高功率激光器的研發(fā)測試提供必要的測量工具，加速技術(shù)迭代與創(chuàng)新。

3. 科研實驗：為高校、科研院所的高功率激光實驗提供精確的功率控制與測量方案。

4. 國防軍工：滿足高能激光武器系統(tǒng)測試的特殊需求，提供安全可控的測試環(huán)境。

隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，高功率激光的測量與控制需求日益迫切。本實用新型提供的大功率激光衰減器，通過創(chuàng)新的旋轉(zhuǎn)擋光板設(shè)計與高效水冷系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)了衰減值穩(wěn)定、功率耐受能力強、光路純凈等多重優(yōu)勢，為高功率激光測量提供了可靠的技術(shù)解決方案。

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（注：本文部分內(nèi)容由AI協(xié)助習作，僅供參考）