一種小量程能量計測量激光能量密度及總能量的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光應用技術領域，特別涉及一種小量程能量計測量激光能量密度及總能量的方法。
【背景技術】
[0002]激光打孔技術因其高效性，在渦輪葉片氣膜冷卻孔的制備過程中有著重要應用，為了防止因前壁厚度誤差而造成的孔不能完全穿透的問題，往往在打孔過程中施加的脈沖數(shù)會稍多于理論值，或者是出于提高孔壁加工質量的目的而采用的旋切工藝，都會使激光在穿透前壁后，直接輻照到不需要加工的后壁，輕則破壞葉片后壁單晶/定向結晶結構的完整性，形成多晶結構；重則將后壁燒蝕出凹坑。
[0003]用作燃氣輪機渦輪轉子葉片，工作在高速旋轉與高溫燃氣作用的環(huán)境中，承受著巨大的離心力和氧化、腐蝕等作用。那些被激光損傷的后壁位置易被腐蝕或形成應力中心而降低葉片使用壽命，因此需要對后壁進行激光防護。
[0004]激光經(jīng)過防護材料后發(fā)生的散射、反射以及衍射作用使得輻照在后壁的激光光斑變大，能量減小，這樣輻照在后壁的激光功率密度變小，從而減弱或消除激光對后壁的損傷。評價防護材料防護效果優(yōu)劣需要獲取激光通過防護材料后的能量密度分布。光束質量分析儀能測量激光的能量密度分布，但其成本太高，能承受的能量密度低；CCD直接測量法同樣是能承受的能量密度低，CCD漫反射屏測量法系統(tǒng)成本低，但需要建立能量分布模型，通過軟件編程對圖像做精確處理和位置標定，能量密度分布的精度才能得到保障，此過程獲取能量密度分布十分復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種小量程能量計測量激光能量密度及總能量的方法，實現(xiàn)簡單且成本低。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:
[0007]一種小量程能量計測量激光能量密度及總能量的方法，包括以下步驟:
[0008]I)、沿激光5的垂直方向將能量計探頭I和設有小孔2的擋光片3固定在二維運動平臺7上，能量計探頭I位于小孔2之后，小孔2中心與能量計探頭I中心同軸；能量計探頭I量程為2-20mJ，小孔2直徑D的范圍為0.20-0.30mm，激光器6發(fā)出的激光5經(jīng)過擋光片3后，小部分激光能量從擋光片3上的小孔2進入能量計探頭I ;
[0009]2)、將二維運動平臺7沿Y軸移動，通過能量計探頭I找到能量計示數(shù)最大位置，標記為A點，再以A點為基礎，保持Y軸不動，二維運動平臺7沿X軸移動，通過能量計探頭I找到能量計示數(shù)最大位置，標記為O點，O點即為光斑的中心，將O點取為坐標系的原點；
[0010]3)、將二維運動平臺7沿著X軸正向移動，每次移動步距S為0.1-lmm，每移動一次，記下能量計示數(shù)E，當移動η次后，該處的能量計示數(shù)SEn，即s*n處的能量密度為4*En/(π D~2)，當能量計示數(shù)變?yōu)榱銜r，停止向X軸正向移動，將二維運動平臺7移回到坐標原點O，并朝X軸負向移動，方式與沿X軸正向移動相同，得到-s*n處的能量密度為4*E_n/(π D"2)；
[0011]4)、將(土S*n，4*E±n/(3iD~2))繪制到坐標系中，即得到使用能量計測量得到的激光能量密度分布；
[0012]5)、將激光能量密度分布對面積進行積分，得到激光脈沖總能量。
[0013]所述的擋光片3表面設有防護材料4。
[0014]本發(fā)明的有益效果:可以使用能量計方便地測量激光能量密度分布，測量結果準確，將激光能量密度分布對面積進行積分，可以得到激光脈沖總能量。由于小孔直徑可調，小孔直徑(遠大于激光波長)越小，通過小孔的激光能量也越小，可以使用的能量計量程也越小，因而可以使用小量程能量計測量大能量激光脈沖的能量。
【附圖說明】
[0015]圖1為能量密度分布測量系統(tǒng)不意圖。
[0016]圖2為測試過程中擋光片3上的小孔2位置示意圖。
[0017]圖3為實施例1中測得的能量密度分布情況。
[0018]圖4為實施例2中測得的能量密度分布情況。
[0019]圖5為實施例3中測得的能量密度分布與理論分布對比。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0021]實施例1
[0022]一種小量程能量計測量激光能量密度及總能量的方法，包括以下步驟:
[0023]I)、如圖1所示，沿激光5的垂直方向將能量計探頭I和設有小孔2的擋光片3固定在二維運動平臺7上，能量計探頭I位于小孔2之后，小孔2中心與能量計探頭I中心同軸；能量計探頭量程為2mJ，小孔2直徑D為0.28mm,激光器6發(fā)出的激光5經(jīng)過擋光片3表面的NaCl防護材料4后，小部分激光能量從擋光片3上的小孔2進入能量計探頭I ;
[0024]2)、將二維運動平臺7沿Y軸移動，通過能量計探頭I找到能量計示數(shù)最大位置，標記為A點，再以A點為基礎，保持Y軸不動，二維運動平臺7沿X軸移動，通過能量計探頭I找到能量計示數(shù)最大位置，標記為O點，O點為光斑的中心，將O點取為坐標系的原點，如圖2所示；
[0025]3)、將二維運動平臺7沿著X軸正向移動，每次移動步距s為1mm，每移動一次，記下能量計示數(shù)E,當移動η次后，該處的能量計示數(shù)為Εη，即1*η處的能量密度為4*Εη/(*0.28~2)，當能量計示數(shù)變?yōu)榱銜r，停止向X軸正向移動，將二維運動平臺7移回到坐標原點O，并朝X軸負向移動，方式與沿X軸正向移動相同，得到-1*η處的能量密度為4*Ε_η/(π*0.28~2)；
[0026]4)、將(±1*η，4*Ε±η/(π *0.28~2))繪制到坐標系中，即得到使用能量計測量得到的激光能量密度分布，如圖3所示；
[0027]5)、將激光能量密度分布對面積進行積分，得到激光5通過擋光片3上的NaCl防護材料4后的脈沖能量為420.8509mJ，使用量程為2J的能量計測量得到的激光脈沖能量為0.423J?？紤]到激光器穩(wěn)定性為3%以及實驗誤差，用此方法可以使用能量計準確測量大能量(能量超出能量計量程)激光脈沖的能量。
[0028]實施例2
[0029]一種小量程能量計測量激光能量密度及總能量的方法，包括以下步驟:
[0030]I)、如圖1所示，沿激光5的垂直方向將能量計探頭I和設有小孔2的擋光片3固定在二維運動平臺7上，能量計探頭I位于小孔2之后，小孔2中心與能量計探頭I中心同軸；能量計探頭I量程為20mJ，小孔2直徑D為0.20mm，激光器6發(fā)出的激光5經(jīng)過擋光片3表面的NaCl防護材料4后，小部分激光能量從擋光片3上的小孔2進入能量計探頭I ;
[0031]2)、將二維運動平臺7沿Y軸移動，通過能量計探頭I找到能量計示數(shù)最大位置，標記為A點，再以A點為基礎，保持Y軸不動，二維運動平臺7沿X軸移動，通過能量計探頭I找到能量計示數(shù)最大位置，標記為O點，O點為光斑的中心，將O點取為坐標系的原點，如圖2所示；
[0032]3)、將二維運動平臺7沿著X軸正向移動，每次移動步距s為0.5mm，每移動一次，記下能量計示數(shù)E，當移動η次后，該處的能量計示數(shù)為Εη，即0.5*η處的能量密度為4*Εη/(*0.20~2)，當能量計示數(shù)變?yōu)榱銜r，停止向X軸正向移動，將二維運動平臺7移回到坐標原點O，并朝X軸負向移動，方式與沿X軸正向移動相同，得到-0.5*η處的能量密度為4*Ε_η/(π*0.20~2)；
[0033]4)、將(±0.5*n，4*E±n/( *0.20~2))繪制到坐標系中，即得到使用能量計測量得到的激光能量密度分布，如圖4所示；
[0034]5)、將激光能量密度分布對面積進行積分，得到激光5通過擋光片3上的NaCl防護材料4后的脈沖能量為486.2mJ，使用量程為2J的能量計測量得到的激光脈沖能量為0.491J。考慮到激光器穩(wěn)定性為3%以及實驗誤差，用此方法可以使用能量計準確測量大能量(能量超出能量計量程)激光脈沖的能量。
[0035]實施例3
[0036]一種小量程能量計測量激光能量密度的方法，包括以下步驟:
[0037]I)、在本實施例中擋光片3上無防護材料4，沿激光5的垂直方向將能量計探頭I和設有小孔2的擋光片3固定在二維運動平臺7上，能量計探頭I位于小孔2之后，小孔2中心與能量計探頭I中心同軸；能量計探頭I量程為20mJ，小孔2直徑D為0.26mm，激光器6發(fā)出的激光5經(jīng)過擋光片3后，小部分激光能量從擋光片3上的小孔2進入能量計探頭I ;<