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3分钟了解激光功率计

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2020-3-30 09:50:17 7359 来自手机

0 随着激光技术的推广和应用，国内激光行业逐渐扩大，市场规模增长快速。中国激光行业已初步形成完整、成熟的产业链分布。上游主要包括激光元器件和材料，中游为激光设备，下游则以激光加工服务、应用产品、消费产品为主，中下游的激光设备及激光加工服务等占据了八成的激光市场空间。目前，中国是全球最大的工业加工激光设备需求市场。据《2019中国激光产业发展报告》显示，2018年中国激光设备销售收入突破605亿元，同比2017年增长22.2%。在激光设备的研发、生产或实际应用过程中，对激光设备的功率进行测量是必不可少的一个步骤。正因如此，激光功率计逐渐成为激光设备行业中十分重要的一环。激光功率计是什么？激光功率计是一种用来测试连续激光的功率或者脉冲激光在某一段时间平均功率的仪器，其广泛地应用在通信、医疗、工业制造与科研等领域，用于激光源功率的监测，涵盖了激光美容、激光医疗、激光打标、激光切割、激光钻孔、激光焊接、3D打印等行业。激光功率计探头按照原理和材料可分为两类：光电型探头与热电型探头。光电型激光功率计探头的原理是通过光电二极管，直接将光能转换为电流或者电压信号以表征激光功率的大小；而热电型激光功率计探头则通过核心部件热电堆探测器先将光能转换成热量，再转换为电信号输出以表征激光功率的大小。光电型和热电式型激光功率计探头各有明显的优缺点：光电型探头的响应时间快，响应频率高，但是对使用波长有一定限制，如Si光电二极管只能测量1μm以内的光，更适合测量功率较小的激光，通常能够直接探测1 pW到数百mW，加入衰减片，最大只能测量3 W以内的激光。热电型探头则响应时间相对较长，但光谱测量范围宽，从紫外到远红外波段均可使用；功率测量范围广，可以从毫瓦量级到数十千瓦量级。其中，热电式型探头在激光工业领域中应用最为广泛。热电型探头的核心部件薄膜热电堆探测传感器的结构如图2所示，由前置薄膜光学镜片、光学薄膜、多层薄膜吸收层、薄膜过渡层、薄膜绝缘层与薄膜热电堆构成。图 2 热电堆探测器结构分解图薄膜热电堆以中心对称的方式分布，薄膜保护层有效地防止薄膜热电堆受环境影响而造成的探测器精度下降。IC电路用于接收、分析、存储与输出测试信号，以供后续处理系统调取与应用。测量连续激光辐照时，当激光透过薄膜光学镜片射入时，多层结构的薄膜吸收层将激光的光能转化为热能，热能经过薄膜过渡层与基底的传导，通过薄膜热电堆转化成电能，由IC电路处理后输出，最终通过激光功率计显示表或应用显示终端得到可读取的激光功率值。激光功率计的国内外市场情况激光功率计已面世40多年，但目前市场绝大部分产品依然是依靠进口。国外品牌起步早，配套成熟与技术完善，一直主导着激光功率计市场。这些年间，国内多所院校与研究机构也有相关的研究与产品推出，但无法形成商业化产品与规模，究其原因还是质量不过关，缺乏市场竞争力。当然，也有国内厂商通过购买国外薄膜热电堆探测传感器来组装，虽然价格有所降低但供货受限于国外厂商，且不了解核心制造技术应用与类型有所局限。在这样的背景下，深圳市彩煌热电科技有限公司（简称“彩煌热电”）研制出性能与国外相媲美的全国产激光功率传感器和激光功率计。从表1可见，彩煌热电产品的主要性能与国外领先品牌相当，达到国际先进水平。产品的优势在于测量波段宽、精度高和产品类型丰富，能满足不同的应用需求。表 1 彩煌热电与国外领先品牌相近产品的的性能对比表格资料来源：公开资料整理在激光功率计的选择上，主要需要考虑如下几个因素：激光波长；功率范围；测量精度；光束直径；损伤阈值；应用场景图3 彩煌热电激光功率计产品图其中，集成式功率计探头作为最新兴起的功率计类型，最有应用前景。集成式功率计探头是集成于激光加工设备的重要部件，可实现对加工中的激光功率进行实时监控。该产品具有非标定制的特点，可提供两种不同类型的信号输出可选，模拟电压输出与RS232或USB数字信号输出。除了得到工业客户的认可，产品还得到了中国科学院上海光机所、江苏师范大学以及爱尔兰圣三一学院（Trinity College Dubolin）等高校与研究机构的肯定。国产激光功率计优势与国外激光功率计厂商相比，国产激光功率计厂商的优势主要体现以下三大方面： 1）国产产品价格更低，具有更高性价比在激光功率计方面，相比国外企业，国内制造成本更低，且在运输费用上更具有优势。同时，国内企业秉持薄利多销、让利客户和共同发展的理念，产品价格更低，这也是打破国外企业垄断的优势。随着国内技术的发展，国产功率计性能达到国际水平，从而具备更高性价比。现如今激光行业竞争越来越激烈，控制成本成为了所有厂商的首要任务。选用国产的激光功率计，能有效降低激光应用企业的生成成本。 2）国产产品供货周期更短购买进口激光功率计，受限于跨境报关与运输，一般供货期需要两到三个月。这就要求国内激光设备厂商提前备货，提高了企业生产成本，还可能造成生产延误，引起不必要的经济损失。功率计国产化的出现，极大的缩短功率计产品的供货时间，一般标准型号两周内即可出货。国内快递的便利性保证产品能以最快的速度到达用户手里。 3）售前与售后服务更快捷与便利，时间与经济成本更低对于国内用户，没有语言障碍，技术沟通更加直接与便利。国产功率计一般提供试用服务与使用指导，给予客户更优质与便捷的服务，避免采购失误导致的经济损失。同时具有自主技术的国产厂家还可以给客户根据实际应用需求，定制合适的专用产品。激光功率计在使用过程中损耗与损坏在所难免，这就涉及返厂定标与维修的售后问题。国内的地域优势使得问题得到简化，无需发往国外且维修费用更低。在产品使用过程中的技术支持上，客户能够快捷方便的联系到国内厂家的售后，沟通能够更加及时有效，在短时间内即可得到初步解决方案。这些方面都大大降低企业客户的时间与经济成本。随着激光行业精细化加工技术的发展，越来越多的激光厂商开始重视激光功率的测量，同时国产高性价比产品的出现使激光功率计的应用更加广泛。随着行业竞争愈发激烈，越来越多的厂商会开始选择性能媲美进口产品，价格远低于进口产品的国产功率计，国内激光功率计市场必将演变成国产替代进口的情况。 1
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