p Lasers de alta potência são agora amplamente utilizados na fabricação de aditivos e sistemas de soldagem a laser para cortar e soldar metais com precisão, fabricando todos os tipos de peças de metal para dispositivos médicos, aplicações aeroespaciais, indústrias automotivas, e mais. Com o aumento do uso industrial de processamento a laser de alta potência, os fabricantes buscam cada vez mais alta precisão, medidores de potência a laser de ponto de uso que podem relatar rapidamente as potências do laser a qualquer momento no processo de fabricação - um aspecto vital para controlar a qualidade do produto. Medidores de potência laser tradicionais, Contudo, são geralmente volumosos em tamanho e lentos no tempo de resposta. As medições de energia também só podem ser feitas separadamente, interrompendo o processo de fabricação. p Agora, um grupo de pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) em Boulder, Colorado, desenvolveram um menor, medidor de potência a laser mais rápido e mais sensível na forma de um espelho dobrável que eles chamam de "espelho inteligente". O novo design usa um transdutor de força baseado em capacitor e combina elementos ópticos, ou seja, um espelho de alta refletividade, e elementos de detecção em um pacote de cubo compacto. Os cubos de quatro centímetros de cada lado podem ser convenientemente incorporados em sistemas ópticos de laser ou sistemas de soldagem a laser para ponto de uso, medição e calibração da potência do laser em tempo real. Os pesquisadores apresentarão suas inovações no Congresso OSA Imaging and Applied Optics, sendo realizada de 25 a 28 de junho em Orlando, Flórida, Estados Unidos.

p "Medir a potência do laser medindo a pressão de um feixe de laser atingindo um espelho é uma técnica muito original, [e] até agora é a única técnica de medição de potência do laser que é realmente um processo in-situ, "disse Alexandera B. Artusio-Glimpse, um cientista do NIST em Boulder, Colorado, e o autor principal. "Ao contrário de qualquer outra técnica de medição de potência óptica, nosso método nos permite continuar usando o laser para trabalhar enquanto uma medição está sendo feita. "

p Artusio-Glimpse explicou que os medidores tradicionais de alta potência medem a potência do laser absorvendo toda a energia de um feixe de laser como calor e medindo a mudança de temperatura. A medição calorimétrica deve interromper temporariamente o funcionamento do feixe de laser por cerca de dezenas de minutos.

p "Usando nosso medidor de potência de laser 'Smart Mirror', esse processo parar-medir-continuar não é mais necessário. Os fabricantes podem medir a potência do laser continuamente durante cada solda e monitorar a calibração do laser em tempo real, eles saberiam imediatamente sempre que o laser tivesse um problema e não correriam o risco de desperdiçar peças de metal com soldas ruins, "Artusio-Glimpse disse.

p O medidor de potência do laser Smart Mirror também é conhecido como medidor de potência de pressão de radiação (RPPM), como o princípio de operação deste medidor é baseado na medição da pressão do laser, a pressão de radiação. A luz não tem massa, mas tem impulso e quando um feixe de laser atinge um objeto como um espelho, vai exercer uma pequena força conhecida como pressão de radiação no espelho, que se relaciona diretamente com a potência do laser. 200 watts de potência do laser, por exemplo, exerce uma força equivalente a 100 microgramas, que é quase o peso de um único cílio humano.

p A parte principal do design do Smart Mirror é um transdutor de força compacto baseado em capacitor. Consiste em uma mola de silicone plana em espiral suportando uma placa circular com um espelho de alta refletividade de um lado e um eletrodo do outro. Uma mola de silício idêntica com um eletrodo é colocada perto da primeira mola de modo que os dois eletrodos fiquem de frente um para o outro, formando um capacitor variável. Um feixe de laser refletido no espelho na primeira mola empurrará a primeira mola para se mover em direção à segunda e mudará a capacitância entre os dois eletrodos. Comparando com um capacitor de referência fixa, os pesquisadores podem calcular a pressão da radiação e a potência do laser. Depois de refletir no espelho, o feixe de laser pode ser usado diretamente para o trabalho, tornando possível o monitoramento em tempo real da potência do laser ou a calibração do laser.

p De acordo com Artusio-Glimpse, a equipe vem desenvolvendo o novo medidor de potência de pressão de radiação há anos e uma versão anterior do RPPM empregava uma escala comercialmente disponível com uma superfície espelhada como um transdutor de força. O sistema final era do tamanho de uma caixa de sapatos, com uma sensibilidade de medição de 50 microgramas e tempo de resposta de cinco segundos.

p Na nova versão do Smart Mirror, os pesquisadores melhoraram a sensibilidade da medição em 100 vezes e diminuíram o tempo de resposta em 50 vezes. Eles também mitigaram erros de flacidez estática do dispositivo causados ​​pela gravidade quando o dispositivo é girado. Isso permite que o sensor seja incorporado na extremidade de um braço robótico ou em sistemas de manufatura aditiva e soldagem a laser, onde a cabeça do laser se moverá e girará - um recurso chave que falta na versão anterior do RPPM em massa. Ele também atende aos requisitos de medição de muitas aplicações comercialmente significativas.

p Com base em testes preliminares, o novo medidor é sensível o suficiente para medir 100 watts de potência do laser com não mais do que um por cento de incerteza, e com um tempo de resposta mais rápido do que qualquer outro medidor de laser de alta potência absoluta. Os pesquisadores agora continuam a validar esses resultados com mais testes. Artusio-Glimpse disse que a equipe do NIST espera estabelecer uma versão padrão primária do medidor de potência do laser Smart Mirror em um futuro próximo.