本文介紹巨哥科技在激光加工與激光器研發(fā)中的紅外解決方案，包括光束質(zhì)量分析、光纖激光器溫度檢測(cè)、激光焊接和打標(biāo)等過(guò)程監(jiān)控。
一：激光光束分析
巨哥科技MAGRay激光光束分析儀系列可對(duì)可見(jiàn)、近紅外、短波紅外、中波紅外、長(zhǎng)波紅外和遠(yuǎn)紅外的各種波長(zhǎng)光束進(jìn)行成像和分析，測(cè)量光斑尺寸、二維/三維能量分布、發(fā)散角、橢圓度、光束指向穩(wěn)定性、束腰位置和大小，以及光束質(zhì)量因子M2等。
MAGRay具有高動(dòng)態(tài)范圍，兼容連續(xù)和脈沖激光器，遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)光斑均可測(cè)量，可實(shí)時(shí)監(jiān)控光束的連續(xù)變化，每秒最高可輸出100幅圖像數(shù)據(jù)。MAGRay提供高靈敏度和高量程兩種規(guī)格，高靈敏度規(guī)格可測(cè)最小功率為0.04mW/cm2，高量程規(guī)格可測(cè)最大功率為400W/cm2。
MAGRay配置專業(yè)版應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分析軟件，可進(jìn)行對(duì)比度調(diào)節(jié)、細(xì)節(jié)增強(qiáng)、多種調(diào)色板選擇、光束變化錄像和回放、線強(qiáng)度分析等，也可直接導(dǎo)出Excel數(shù)據(jù)，便于研究者自主分析和制作圖表。
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Jerome Faist教授是1994年首臺(tái)量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）的發(fā)明者，其研究小組將MAGRay用于新一代激光器的前沿研究，下圖是測(cè)得的表面垂直發(fā)射長(zhǎng)波紅外QCL激光器的光束能量分布。
二：光纖激光器溫度檢測(cè)
光纖激光器溫度監(jiān)控
在光纖激光器中，光纖可能吸收激光能量使得溫度升高，加速光纖老化，降低激光器的可靠性和使用壽命。在使用過(guò)程中用熱像儀檢測(cè)整段光纖和組件的溫度分布，尤其是光纖熔接點(diǎn)和連接處溫度，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。
增益光纖溫度
泵浦管嘴&光纖輸出端帽溫度
合束器和增益光纖熔接點(diǎn)&包層光剝除點(diǎn)溫度
發(fā)表于2020年第69期《物理學(xué)報(bào)》的“530 W全光纖結(jié)構(gòu)連續(xù)摻銩光纖激光器”采用巨哥科技的熱像儀觀察摻Tm3+光纖的溫度，在最高輸出功率達(dá)到530 W時(shí)，其最高溫度超過(guò)60C，但沒(méi)有出現(xiàn)明顯的放大自發(fā)輻射和非線性效應(yīng), 輸出功率僅受限于抽運(yùn)功率, 驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)摻Tm3+石英光纖在高功率系統(tǒng)中的可靠性。
三：激光焊接
用于熔覆和激光金屬沉積加工的閉環(huán)激光功率控制系統(tǒng)需要對(duì)激光加熱的熔池形貌和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和反饋。采用巨哥科技MAG系列高溫型在線式熱像儀，使用圖像處理算法對(duì)熔池寬度和中心點(diǎn)等位置進(jìn)行識(shí)別，實(shí)時(shí)控制激光的位置和功率，可有效提高焊接質(zhì)量。
巨哥科技的F6科學(xué)級(jí)熱像儀可提供0~2500C的全量程溫度監(jiān)控，清晰展現(xiàn)加熱焊接全過(guò)程的溫度細(xì)節(jié)；支持最高100Hz的數(shù)據(jù)率，可記錄快速溫度變化過(guò)程；提供溫度數(shù)據(jù)流錄制，可選擇慢速回放，重現(xiàn)完整細(xì)節(jié)。
在高能激光環(huán)境下，常規(guī)熱像儀自身容易受激光加熱效應(yīng)影響產(chǎn)生測(cè)溫誤差，F(xiàn)6科學(xué)級(jí)熱像儀可用于波長(zhǎng)小于2μm的高能激光環(huán)境并保持測(cè)溫準(zhǔn)確度。需要注意的是，大于7μm的長(zhǎng)波二氧化碳激光器會(huì)對(duì)熱像儀造成不可逆的損傷，用戶需提前申明以便提供激光安全的產(chǎn)品。
焊接熔池監(jiān)控
常規(guī)熱像儀的感應(yīng)范圍是7.5~14um的長(zhǎng)波紅外。由于激光焊接的光學(xué)系統(tǒng)包含石英玻璃等材料，長(zhǎng)波紅外無(wú)法穿透，因此熱像儀需在側(cè)面安裝，無(wú)遮擋地觀測(cè)焊接表面。為使整套監(jiān)控和控制系統(tǒng)高度集成，并使激光和相機(jī)的坐標(biāo)精確對(duì)準(zhǔn)，提高加工精度，理想設(shè)計(jì)是采用激光光束和監(jiān)控相機(jī)同軸的光學(xué)系統(tǒng)。巨哥科技的短波紅外熱像儀提供0.9~2.5um波段的測(cè)溫，可以穿透石英玻璃，因此可與激光光學(xué)系統(tǒng)同軸集成。
激光光束和監(jiān)控相機(jī)的同軸系統(tǒng)
可透玻璃測(cè)溫的短波熱像儀（0.9~2.5um）
四：激光高速打標(biāo)
激光打標(biāo)在很多行業(yè)具有廣泛應(yīng)用，打標(biāo)時(shí)材料表面溫度升高，熱像儀可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控打標(biāo)質(zhì)量。在產(chǎn)線上為提高效率，通常在目標(biāo)快速行進(jìn)的過(guò)程中完成打標(biāo)。常規(guī)熱像儀因響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，觀測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)生圖像的拖尾，影響識(shí)別效果。巨哥科技的高速熱像儀可有效防止圖像拖尾，在目標(biāo)快速運(yùn)動(dòng)時(shí)仍能清晰分辨熱分布細(xì)節(jié)。
左：常規(guī)熱像儀拍攝運(yùn)動(dòng)物體的打標(biāo)效果 右：高速熱像儀拍攝運(yùn)動(dòng)物體的打標(biāo)效果
五：防長(zhǎng)波激光熱像儀
熱像儀常用于激光切割等高能量加工過(guò)程中的溫度監(jiān)控。在一些應(yīng)用中使用的二氧化碳激光器，其波長(zhǎng)正好處于常規(guī)熱像儀的感應(yīng)區(qū)間，過(guò)高的能量（即使是從物體表面散射）將瞬間造成熱像儀內(nèi)的非制冷紅外焦平面探測(cè)器不可逆轉(zhuǎn)的損傷。巨哥科技的防長(zhǎng)波激光熱像儀可針對(duì)特定波長(zhǎng)進(jìn)行屏蔽，安全用于存在二氧化碳激光器等高能量長(zhǎng)波紅外的加工場(chǎng)合。此外，巨哥科技的短波熱像儀不受長(zhǎng)波紅外損傷，可直接用于長(zhǎng)波紅外激光的高溫加熱過(guò)程監(jiān)控。
防長(zhǎng)波紅外激光熱像儀
* 所有激光行業(yè)的應(yīng)用，事先均需提供激光器的準(zhǔn)確波長(zhǎng)和應(yīng)用場(chǎng)景，以便正確選擇產(chǎn)品類型，避免相機(jī)損壞。
