伴随着光纤激光器功率的持续走高,所需要使用的量程上也需要同步提升,目前万瓦级的功率计使用已经非常普遍,尤其是10k、15k和30k量程的功率计,基本上原理都是利用金锥反射到探头腔壁上,进而进行激光功率的探测。但是我们在功率计的使用过程中,不可避免会遇到一个情景,大功率量程的探头腔壁(即吸收层)或者金锥很容易出现破坏,如下图所示:

这种破坏的影响是很大的,通常锥体的损坏会造成反射到腔壁的光出现严重的不均匀,进而损坏到腔壁;亦或锥体完好,但是反射光出现一侧不均匀或者整体反射光出现重叠,造成腔壁损坏,不论哪一种情况,售后维修的费用都会很高。那么出现锥体损坏或者腔壁损坏的原因主要是什么?我们如何预防?
首先,我们先来看一下万瓦级功率计的设计结构:

从结构中,我们可以了解到,激光入射到锥体上,锥体通过反射,使激光打到环形腔壁上。因为功率是万瓦级,所以单位时间内产生的热量很高,不论是锥体或是腔壁,都需要用水进行冷却,否则很容易短时间内会将探头打坏。
探头被打坏原因一:冷却水未通、未能循环起来或者水流量未达到要求
万瓦级探头的冷却介质是水,如果冷却水未通或者未循环起来,锥体、探头腔壁或者探头内的电子器件短时间(数秒算)温度会升到很高的水平,从而造成各个元器件的损坏。水流量未能达到指定要求,破坏不会在短时间内出现,但是长时间也会造成探头的破坏。所以在实际使用前,一定要首先检查功率计的通水状态以及水流量是否达到要求。有时观察到水管内有水,不代表水在循环,一般建议配一个流量计监测较为方便和安全。
探头被打坏原因二:光斑太小
光斑太小,功率会很高,如果超过锥体的阈值,会将锥体直接融化,融化后的锥体反射率已经 完 全 发生变化,很容易造成某一个位置反射到腔壁上的功率密度超过腔壁损伤阈值,进一步打坏腔壁。所以,各个功率计厂家一般都会标有探头本身的损伤阈值,使用功率计之前,先根据功率和光斑大小,大概算出功率密度(高斯光斑再乘以2),一般建议功率密度小于等于探头本身损伤阈值的50%。
探头被打坏原因三:锥体表面或腔壁表面有附着物
很多用户习惯将功率计使用完之后直接放在试验台或者产线上,没有及时盖上防尘罩(也叫靶板),造成外界的灰尘、盐渍或其他物质落在锥体或腔壁上,激光器在开关的瞬间,有附着物的位置会被烧灼固定在锥体或腔壁表面,造成该部位吸收率发生变化,进而造成损坏。有时候用户在使用功率计的时候用无水酒精或者丙酮擦拭附着物或者用手触碰锥体或者腔壁,可能在不经意间也会将絮物、盐渍等物质落在探头上,造成类似的破坏。所以,建议用户在使用功率计完毕后,将防尘罩及时盖上;如果锥体或者腔壁表面出现有附着物,可以用吹耳球或者干燥的空气吹掉,如果不行,请联系厂家进行指导。

探头被打坏原因四:双层锥体设计造成反射光出现重叠干涉
这种情况出现的原因系产品的设计问题造成,一方面,单层锥体设计,激光反射到腔壁上可以散得较开,但是无法规避因为光斑大小变化造成反射到腔壁上的激光分布前后移动,进而出现因为光斑大小变化造成的功率波动;另一方面,双层锥体设计,可以有效避免因为光斑大小不同造成的功率波动,但是两层的反射光会在腔壁上出现非常窄的光环,形成干涉加强,对腔壁造成细丝状条纹损伤。多层锥体设(Patented),可以将光散开,不会产生功率叠加,进而不会出现上述损坏;而且多层锥的设计,光在腔壁上散的很开的同时,一方面降低了腔壁的温度,提升了功率计探头的损伤阈值;另一方面,使得探头的读数对光斑大小不敏感,换句话说,也就是对测试距离不敏感,客户可以在满足功率密度不高于探头本身阈值的基础上,前后移动探头的位置,功率测量结果依然稳定、准 确。


探头被打坏原因五:光未能和探头保持中心一致入射
激光不能和探头同一轴心入射,或者激光本身能量分布非对称的,会造成锥体的一面反射多一面反射少,反射多的一面很可能因为功率密度过高造成对应面的腔壁被打坏。所以建议功率计在使用之前,将探头和出光口固定在同一高度,中心在同一水平面上;或者可使用热像仪在激光器出小功率的状况下,观测腔内的热分布是否在中心或者分布均匀,进而避免因为激光和指引光不同轴造成的损伤。
