CN101915984B - 一种强激光束的双镜光衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强激光束的双镜光衰减器，包括相邻两侧壁上分设有进光孔和出光孔的箱体，上、下反射镜；所述下反射镜可旋转地固设在箱体的两相对侧壁上，所述上反射镜可旋转地设置在箱体的另外两相对侧壁上；所述上、下反射镜的旋转轴相互垂直，且分别设置在箱体上的阻尼安装孔中，其中下反射镜的旋转轴与箱体底面平行，上反射镜旋转轴一端固定设置，另一端可垂直箱体底面滑动设置；所述进光孔的孔轴与下反射镜垂直匹配，出光孔与上反射镜匹配。本发明利用双镜特定形式的组合，实现在不改变光束偏振特性、光斑形状特性的前提下，衰减光束强度。

Description

一种强激光束的双镜光衰减器

技术领域

本发明属强激光束衰减领域，特别涉及一种能够实现高强度激光束与偏振特性无关衰减的强激光束的双镜光衰减器。

背景技术

光衰减器是应用光学中十分重要的器件，其作用是根据需要衰减光强，确保灵敏的光电探测器件正常工作，不会因光强过大而损坏。理想的光衰减器应该在实现光强衰减的同时，保证光束的光强、偏振、相位等分布特性不变。

目前，人们用于衰减光强的方法很多，如使用偏振、介质膜、吸收型衰减片等。例如：公开号CN101441332的发明专利所述的精密激光衰减器，采用偏振片的方式衰减光强，出射光改变了偏振特性。公开号CN2522881的专利所述的可调光衰减器，利用棱镜使光束发散，并用挡板遮挡，这样的方式会破坏光强分布的模式。公开号CN201352291的发明专利所述的一种激光衰减器，利用棱镜分离并去除部分偏振光的方法来进行衰减，破坏了原光束的偏振特性。

目前衰减光强的方法，一般是通过偏振或者隔离的方法削减光强，这种衰减光强的方法会破坏光的偏振特性或者光的模式。对于像利用光束偏振特性来传输数据的系统，传统的光衰减器并不适用。

发明内容

本发明提供一种强激光束的双镜光衰减器，该衰减器利用

光束在介质表面反射，垂直于入射面的P波和平行于入射面的S波的两种偏振光发生不同程度衰减，利用两块镜组合使用来维持S和P两种偏振光的衰减程度相同，从而保证衰减后光的偏振态不改变。

本发明采用的技术方案如下：

一种强激光束的双镜光衰减器，它包括箱体、上反射镜和下反射镜；所述箱体的相邻两侧壁上分设有进光孔和出光孔；所述下反射镜可旋转地固设在箱体的两相对侧壁上，所述上反射镜可旋转地设置在箱体的另外两相对侧壁上；所述上、下反射镜的旋转轴相互垂直，且分别设置在箱体上的阻尼安装孔中，其中下反射镜的旋转轴与箱体底面平行，上反射镜旋转轴一端固定设置，另一端垂直箱体底面可滑动设置；所述进光孔的孔轴与下反射镜垂直匹配，出光孔与上反射镜垂直匹配。光束从箱体侧壁下方的进光孔射入，依次经过两反射镜反射后从箱体侧壁上方的出光孔出射。

所述箱体在对应上反射镜旋转轴的可滑动端垂直箱体底面设置阻尼导轨，该阻尼导轨上设置多个用于固定旋转轴的阻尼安装孔。

所述阻尼安装孔是在安装孔上设置增大阻尼的橡胶垫，可使反射镜固定在任意角度。

所述箱体的阻尼导轨上对应设置指示标尺。

所述下反射镜的旋转轴的一端和上反射镜的旋转轴的滑动端均套有转动角度盘。

一种针对强激光束的与偏振无关的双镜光衰减器，在强激光束与偏振无关衰减时，所述两反射镜的位置和角度满足下面关系式：

$\mathrm{\γ}=\frac{{(\sin \mathrm{\α}-\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2{(n^2\sin \mathrm{\α}-\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2}{{(\sin \mathrm{\α}+\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2{(n^2\sin \mathrm{\α}+\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2}$

tan2α·tanβ＝1

上式中，

α为入射光线对于反射面的夹角，光线对于所述的两个反射面的夹角相同；β为上反射镜轴与箱体底面的夹角；γ为衰减器的透射率；n为所使用反射镜表面介质的折射率。在选定反射镜(折射率n确定)的条件下，可以根据所需要的衰减率，联立方程计算出设置需要的参数。

本发明的工作原理及优点如下：

1)本发明最大的特点是：在衰减光束强度的同时，保持原有光束的分布模式和偏振特性，保留了偏振特性附带的信息。

2)本发明利用界面反射，本身对强激光束就有很大的衰减作用；使用双镜，维持了原光束的强度、偏振和相位的分布模式，对于强激光束的质量诊断有很大的应用潜力。

3)本发明中透射率不是固定不变的，透射率的调节是由两面反射镜的角度和相对位置调节实现的，具体位置和角度可由所述方程计算得出。所以，只要实现角度的精确调节，即可实现透射率的精确调节。

4)本发明同利用介质或者染料吸收原理的光衰减器不同之处在于，本发明利用菲涅尔镜面反射能量衰减的原理进行光衰减，高强度的激光直接打在棱镜表面上，并不会出现烧毁表面材料的现象，维护成本低，使用寿命长。

5)本发明的核心器件是普通的反射镜，成本较低，结构简单，加工使用方便。

附图说明

图1为本发明实施例1使用棱柱镜的结构示意图；

图2为本发明实施例1的主视图；

图3为本发明实施例1的右视图；

图4为本发明实施例1的俯视图；

图5为本发明实施例2使用表面镀银的平面镜的主视图。

图6为本发明实施例2的右视图；

图7为本发明实施例2的俯视图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明包括箱体1、带有旋转轴21的下反射镜31、带有旋转轴22的上反射镜32、阻尼导轨8滑动位置指示标尺5、下转动角度盘41和上转动角度盘42，所述箱体1相邻两侧壁上分别设有进光孔6和出光孔7，旋转轴21和22上分别设有转动角度指针10和11。

如图2、3、4所示，所述下反射镜31可旋转地固定设置在箱体1的两相对侧壁上，上反射镜32可旋转地设置在箱体1的另外两相对侧壁上；所述下反射镜31的旋转轴21与上反射镜32的旋转轴22相互垂直，且旋转轴21、旋转轴22分别配置在箱体1上设置的阻尼安装孔(图略)中，所述阻尼安装孔是在安装孔上设置增大阻尼的橡胶垫，可使反射镜固定在任意角度；其中旋转轴21与箱体1底面平行，旋转轴22一端固定设置，另一端滑动设置在阻尼导轨8的阻尼安装孔81上，该阻尼导轨8垂直箱体底面设置在箱体1对应此端的侧壁上，以此调节上反射镜32的旋转轴22与箱体1底面的夹角。

所述进光孔6的中心轴与下反射镜31垂直匹配，出光孔7与上反射镜32匹配。光束从箱体1侧壁下方的进光孔6射入，依次经过两反射镜反射后从箱体1侧壁上方的出光孔7出射。

所述箱体的阻尼导轨8上对应设置指示标尺5。

所述下反射镜31的旋转轴21的一端套设有转动角度指针10和下转动角度标尺41，上反射镜32的旋转轴22的滑动端套设有转动角度指针11和上转动角度标尺42。

在强激光束与偏振无关衰减时，所述两反射镜的位置和角度满足下面关系式：

$\mathrm{\γ}=\frac{{(\sin \mathrm{\α}-\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2{(n^2\sin \mathrm{\α}-\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2}{{(\sin \mathrm{\α}+\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2{(n^2\sin \mathrm{\α}+\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2}$

tan2α·tanβ＝1

上式中，α为入射光线对于反射面的夹角，光线对于所述的两个反射面的夹角相同；β为上反射镜轴与箱体底面的夹角；γ为衰减器的透射率；n为所使用反射镜表面介质的折射率。

其中，所用的上、下反射镜是正三角棱柱镜，底面边长为30mm，高为50mm，介质折射率为n＝1.6；旋转轴21、22采用轴长150mm，直径为10mm的钢制轴；衰减器箱体1是一个体积为100mm*100mm*200mm的薄壁铁箱，壁厚2mm；侧壁上钻有直径为10mm的孔，上方一侧有竖直方向长度为100mm，宽度为10mm的缺口，用来安放阻尼导轨8；阻尼导轨长度为100mm，该导轨上设有滑动的滑块，滑块上设有直径为10mm的阻尼安装孔81，旋转轴22设置在所述滑块的阻尼安装孔81上。

本实施例的组装：沿正三角棱柱镜轴线方向钻孔，圆孔的直径为10mm，把旋转轴插入孔中，两端各留50mm在外面，用胶水将棱柱镜和旋转轴固定在一起。将其中一个带轴棱柱镜31安放在箱体1下端的两个阻尼安装孔中，安放时加垫橡胶垫，滑动阻尼可以使棱柱镜31固定在任意角度。另一块带轴棱柱镜32的一端轴安放在箱体1上方一侧孔中，另一端安放在阻尼导轨滑块上的阻尼安装孔81上，阻尼导轨8竖直固定在箱体1的缺口中。

标定：将上方棱柱镜轴22调整与箱体1底面平行，调定滑块在导轨的位置为0。下方棱柱镜31上端面与箱体1底面平行，标记角度为0；上方棱柱镜32下端面与箱体1底面平行，标记角度为0；

使用时：如果给定衰减器的透射率为0.03，可以将n＝1.6，r＝0.03带入方程中，计算出α＝0.2894，即为16°34′53″。调整两块棱柱镜的转动角度，使其均为16°34′53″。经计算得到β值为0.991，即56°46′。调节阻尼导轨8，使上方棱柱镜轴与箱体底面的夹角为56°46′。

调整完毕后，将需要衰减的光线垂直箱体1侧面从进光孔6入射，从出光口7出射的光束即光强衰减为原光强3％的光束。

如果需要衰减器的透射率为9％，则需要的α＝0.206，即11°48′10″；β角度为66°232383。

在此例中，衰减器可以将光强衰减到9％-0％之间的任意值。

实施例2

如图5、6、7所示，本实例所用的是表面镀有介质膜的平面镜91、92，镜面边长为80mm，宽度为60mm，厚度为15mm。表面介质膜折射率为n＝1.3；旋转轴21、22采用轴长150mm，直径为10mm的钢制轴；衰减器箱体1是一个体积为100mm*100mm*200mm的薄壁铁箱，壁厚2mm；侧壁上钻有直径为10mm的孔，上方一侧有竖直方向长度为100mm，宽度为10mm的缺口，用来安放阻尼导轨8；阻尼导轨长度为100mm，该阻尼导轨8上设有滑动的滑块，滑块上设有直径为10mm的阻尼安装孔81，旋转轴22设置在所述滑块的阻尼安装孔81上。

本实施例的组装：将旋转轴穿过平面镜的旋转对称轴，并将其固定。将其中一个带旋转轴21的平面镜91安放在箱体1下端两个阻尼安装孔中，安放时加垫橡胶垫，滑动阻尼可以使平面镜固定在任意角度。另一块带旋转轴22的平面镜92的一端轴安放在箱体1上方一侧孔中，另一端安放在阻尼导轨滑块上的阻尼安装孔81上，阻尼导轨8竖直固定在箱体的缺口中。

标定：将上方平面镜92的旋转轴22调整与箱体底面平行，调定滑块在导轨的位置为0。下方平面镜91镜面与箱体底面平行，标记角度为0；上方平面镜92镜面与箱体底面平行，标记角度为0；

使用时：如果给定衰减器的透射率为0.03，可以将n＝1.3，r＝0.03带入方程中，计算出α＝1.0446，即为15°4′28″。调整两块棱柱镜的转动角度，使其均为15°4′28″。经计算得到β值为0.991，即59°51′3″。调节阻尼导轨，使上方平面镜旋转轴22与箱体1底面的夹角为59°51′3″。

调整完毕后，将需要衰减的光线垂直箱体侧面从进光孔6入射，从出光口7出射的光束即光强衰减为原光强3％的光束。

如果将光束强度衰减为原光强的6％时，α＝0.2162，即12°23′14″；β的值为65°132313。

在此例中，衰减器可以将光强衰减到7％-0％之间的任意值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种强激光束的双镜光衰减器，其特征在于，它包括箱体、上反射镜和下反射镜；所述箱体的相邻两侧壁上分设有进光孔和出光孔；所述下反射镜可旋转地固设在箱体的两相对侧壁上，上反射镜可旋转地设置在箱体的另外两相对侧壁上；所述上、下反射镜的旋转轴相互垂直，且分别设置在箱体的阻尼安装孔中，其中下反射镜的旋转轴与箱体底面平行，上反射镜旋转轴一端固定设置，另一端垂直箱体底面可滑动设置；所述进光孔的孔轴与下反射镜垂直匹配，出光孔与上反射镜匹配。

2.根据权利要求1所述的一种强激光束的双镜光衰减器，其特征在于，所述箱体对应上反射镜旋转轴的可滑动端垂直箱体底面设置阻尼导轨，该导轨上设有滑动的滑块，滑块上设有阻尼安装孔，上反射镜的旋转轴设置在所述滑块的阻尼安装孔上。

3.根据权利要求1或2所述的一种强激光束的双镜光衰减器，其特征在于，所述阻尼安装孔是在安装孔上设置增大阻尼的橡胶垫。

4.根据权利要求3所述的一种强激光束的双镜光衰减器，其特征在于，所述箱体的阻尼导轨上对应设有指示标尺。

5.根据权利要求4所述的一种强激光束的双镜光衰减器，其特征在于，所述下反射镜的旋转轴的一端和上方反射镜的旋转轴的滑动端均套设有转动角度盘。

6.根据权利要求5所述的一种强激光束的双镜光衰减器，其特征在于，在强激光束与偏振无关衰减时，所述两反射镜的位置和角度满足下面关系式：

$\mathrm{\γ}=\frac{{(\sin \mathrm{\α}-\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2{(n^2\sin \mathrm{\α}-\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2}{{(\sin \mathrm{\α}+\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2{(n^2\sin \mathrm{\α}+\sqrt{n^2-{\cos }^2\mathrm{\α}})}^2}$

tan2α·tanβ＝1

上式中，

α为入射光线对于反射面的夹角，光线对于所述的两个反射镜的反射面的夹角相同；β为上反射镜旋转轴与箱体底面的夹角；γ为衰减器的透射率；n为所使用反射镜表面介质的折射率。

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