Los láseres de alta potencia ahora se utilizan ampliamente en la fabricación aditiva y los sistemas de soldadura por láser para cortar y soldar metal con precisión. Fabricación de todo tipo de piezas metálicas para dispositivos médicos. aplicaciones aeroespaciales, industrias automotrices, y más. Con el aumento del uso industrial del procesamiento láser de alta potencia, los fabricantes buscan cada vez más alta precisión, medidores de potencia láser en el punto de uso que pueden informar rápidamente las potencias del láser en cualquier momento del proceso de fabricación, un aspecto vital para controlar la calidad del producto. Medidores de potencia láser tradicionales, sin embargo, a menudo son voluminosos en tamaño y lentos en tiempo de respuesta. Las mediciones de potencia también solo se pueden tomar por separado, interrumpir el proceso de fabricación.

Ahora, un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Boulder, Colorado, han desarrollado un más pequeño, Medidor de potencia láser más rápido y sensible en forma de espejo plegable al que llaman "espejo inteligente". El novedoso diseño utiliza un transductor de fuerza basado en condensadores y fusiona elementos ópticos, a saber, un espejo de alta reflectividad, y elementos de detección en un paquete compacto de cubo. Los cubos de cuatro centímetros de lado se pueden incrustar convenientemente en sistemas ópticos láser o sistemas de soldadura láser para el punto de uso, Medición y calibración de potencia láser en tiempo real. Los investigadores presentarán su innovación en el OSA Imaging and Applied Optics Congress, que se llevará a cabo del 25 al 28 de junio en Orlando, Florida, Estados Unidos.

"Medir la potencia del láser midiendo la presión de un rayo láser que golpea un espejo es una técnica única, [y] hasta ahora es la única técnica de medición de potencia láser que es realmente un proceso in situ, "dijo Alexandera B. Artusio-Glimpse, un científico del NIST en Boulder, Colorado, y el autor principal. "A diferencia de otras técnicas de medición de potencia óptica, nuestro método nos permite seguir usando el láser para el trabajo mientras se realiza una medición ".

Artusio-Glimpse explicó que los medidores tradicionales de alta potencia miden la potencia del láser absorbiendo toda la energía de un rayo láser en forma de calor y midiendo el cambio de temperatura. La medición calorimétrica tiene que detener temporalmente el funcionamiento del rayo láser durante unas decenas de minutos.

"Con nuestro medidor de potencia láser 'Smart Mirror', ese proceso de detener-medir-continuar ya no es necesario. Los fabricantes pueden medir la potencia del láser continuamente durante cada soldadura y controlar la calibración del láser en tiempo real. Sabrían de inmediato cada vez que el láser tiene un problema y no se arriesgarían a desperdiciar piezas metálicas con malas soldaduras. "Dijo Artusio-Glimpse.

El medidor de potencia láser Smart Mirror también se conoce como medidor de potencia de presión de radiación (RPPM), ya que el principio de funcionamiento de este medidor se basa en medir la presión del láser, la presión de radiación. La luz no tiene masa pero tiene impulso y cuando un rayo láser golpea un objeto como un espejo, ejercerá una pequeña fuerza conocida como presión de radiación sobre el espejo, que se relaciona directamente con la potencia del láser. 200 vatios de potencia láser, por ejemplo, ejerce una fuerza equivalente a 100 microgramos, que es aproximadamente el peso de una sola pestaña humana.

La parte clave del diseño de Smart Mirror es un transductor de fuerza compacto basado en capacitor. Consiste en un resorte de silicio plano en espiral que sostiene una placa circular con un espejo de alta reflectividad en un lado y un electrodo en el otro. Un resorte de silicio idéntico con un electrodo se coloca cerca del primer resorte de modo que los dos electrodos se enfrenten entre sí, formando un condensador variable. Un rayo láser que se refleja en el espejo del primer resorte empujará el primer resorte para moverse hacia el segundo y cambiará la capacitancia entre los dos electrodos. Comparando con un condensador de referencia fijo, los investigadores pueden calcular la presión de radiación y la potencia del láser. Después de reflejarse en el espejo, el rayo láser se puede utilizar directamente para el trabajo, haciendo posible el monitoreo en tiempo real de la potencia del láser o la calibración del láser.

Según Artusio-Glimpse, el equipo ha estado desarrollando el novedoso medidor de potencia de presión de radiación durante años y una versión anterior de RPPM empleaba una escala disponible comercialmente con una superficie reflejada como transductor de fuerza. El sistema final era del tamaño de una caja de zapatos, con una sensibilidad de medición de 50 microgramos y un tiempo de respuesta de cinco segundos.

En la nueva versión de Smart Mirror, los investigadores mejoraron la sensibilidad de la medición en 100 veces y redujeron el tiempo de respuesta en 50 veces. También mitigaron los errores de flacidez estática del dispositivo causados ​​por la gravedad cuando se gira el dispositivo. Esto permite que el sensor se incruste en el extremo de un brazo robótico o en sistemas de fabricación aditiva y soldadura láser donde el cabezal láser se moverá y rotará, una característica clave de la que carece la versión anterior de RPPM a granel. También cumple con los requisitos de medición de muchas aplicaciones comercialmente importantes.

Basado en pruebas preliminares, el nuevo medidor es lo suficientemente sensible como para medir 100 vatios de potencia láser sin más del uno por ciento de incertidumbre, y con un tiempo de respuesta más rápido que cualquier otro medidor láser de alta potencia absoluta. Los investigadores ahora continúan validando estos resultados con más pruebas. Artusio-Glimpse dijo que el equipo del NIST espera establecer una versión estándar primaria del medidor de potencia láser Smart Mirror en un futuro próximo.