CN102384783A - 一种高能激光半积分球阵列衰减器 - Google Patents

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Abstract

一种高能激光半积分球阵列衰减器，包括沿激光入射方向设置的前面板、后面板和若干只衰减单元，衰减单元包括设置在前面板上的大角度取样锥孔、设置在后面板上的半球空腔、设置在半球空腔边沿处且垂直于后面板的激光出射孔，大角度取样锥孔和半球空腔的位置一一对应，且大角度取样锥孔和激光出射孔分别位于半积分球腔的两侧。本发明衰减器中，激光经过大角度取样锥孔耦合进半球空腔，经半积分球腔吸收和漫反射后由激光出射孔射出，实现了激光功率密度的大幅衰减，且可以满足激光斜入射时的衰减取样。

Description

一种高能激光半积分球阵列衰减器
技术领域
本发明涉及一种高能激光的阵列衰减器，尤其是一种用于高能激光的半积分球阵列衰减器。 
背景技术
在高能激光参数测量中，经常采用光电探测器阵列取样方法来获取激光光斑功率密度时空分布信息。由于测试位置处的激光功率密度一般都较高，直接利用光电探测器阵列进行测量存在较大难度，因此在实际测试中需要对被测的激光功率密度进行合理的衰减以满足光电探测器的量程范围。理想的光学衰减方法应该与入射激光的波长、入射角度和偏振态等参数不相关，仅仅对入射激光的幅值进行相应的衰减，并且在一定范围内衰减是线性的。 
目前常用的光学衰减方法主要有滤光片吸收衰减法、漫反射衰减法和光阑孔取样法。吸收型滤光片法是在对某些光学材料掺杂或在光学材料基底上镀制吸收膜吸收大部分入射激光，从而实现光学衰减的目的，但是在实际强激光测量中容易因为滤光片温度过高造成损伤；漫反射衰减法是利用器件漫反射表面对入射激光进行漫反射，实现对激光功率密度的衰减，再利用探测器对反射激光进行测量，故其结构难以做到紧凑；光阑孔取样法是在光束的截面上放置一定光阑孔，对入射激光进行小面积空间取样，从而实现对入射激光总能量/功率的衰减，光阑孔取样法仅仅减少了通过光阑或狭缝的激光总能量/功率，并不能实现入射激光功率密度的衰减。 
中国工程物理研究院2000年硕士学位论文“强快靶测量的理论分析与实验”中公开了一种利用石墨积分球阵列实现对大面积高能激光功率密度的大倍数衰减的方法，在上下两块石墨板上分别加工有直径相等的半球空腔，每只半球空腔的边沿处垂直于石墨板处方向加工有一只激光耦合孔，试验中将上下两块石墨板上叠加在一起，使得相应的半球空腔倒扣在一起形成积分球腔，且两只激光耦合孔分别位于球腔的两侧，形成激光入射孔和激光出射孔。试验中激光从入射孔耦合进积分球腔内，在腔内经过多次的吸收和反射后，最后只有小部分 光从出射孔射出，实现对强激光功率密度的衰减。如果在大面积石墨板上加工有多只上述的积分球衰减器阵列，则可以实现对大面积激光束的衰减取样。这种衰减器存在的问题是难以用于强激光斜入射时的参数测量，当激光以一定的角度斜入射进激光入射孔时，石墨材料的孔壁对激光吸收较高，且对应不同的入射角度时孔壁对入射激光的吸收系数差异较大，故难以用于斜入射时激光光强衰减及参数测量，限制了这种方法的应用范围。 
发明内容
本发明目的是提供一种高能激光的半积分球阵列衰减器，可实现高能激光功率密度的有效衰减，且当激光在一定入射角度范围内斜入射时，衰减器的衰减系数变化较小，可以通过标定进行修正。 
本发明的技术解决方案是： 
一种高能激光半积分球阵列衰减器，包括前面板、后面板和若干只衰减单元，其特殊之处是：所述衰减单元包括设置在前面板上的大角度取样锥孔、设置在后面板上的半球空腔、设置在半球空腔边沿处且垂直于后面板的激光出射孔；所述大角度取样锥孔和半球空腔的位置一一对应，且大角度取样锥孔和激光出射孔分别位于半积分球腔的相对两侧。 
上述衰减单元还包括设置在半球内腔的大口径处的漫透射光学窗，所述漫透射光学窗材料为石英、硅、碳化硅或二氧化硅。 
上述前面板的迎光面为漫反射面。 
上述前面板和后面板的材料为石墨、铝或铜。 
上述前面板和后面板的两侧均设置有定位用的固定螺钉孔。 
本发明具有的有益效果有： 
1、本发明衰减器中，激光经过大角度取样锥孔耦合进半球空腔，经半积分球腔吸收和漫反射后由激光出射孔射出，实现了激光功率密度的大幅衰减，且可以满足激光斜入射时的衰减取样。 
2、本发明衰减器中，在半积分球内腔的大口径处设置有漫透射光学窗，使得经过光学窗的激光多角度耦合进半积分球内腔，且对光束起到匀化作用，进一步改善了衰减器的入射角度特性。 
3、本发明前面板激光入射表面采用漫反射处理，提高了表面反射率，同时 防止了反射的高能激光损坏光路上的其它元器件； 
4、本发明在面板的两侧设计定位用的固定螺钉孔，确保了两块面板上大角度取样孔和半积分球空腔的安装精度，最终确保了半积分球单元衰减系数的一致性。 
附图说明
图1为本发明半积分球衰减器单元结构示意图； 
图2为本发明半积分球阵列衰减器结构示意图； 
图3为本发明半积分球衰减器阵列外表面示意图； 
其中：1-前面板；2-后面板；3-半球内腔；4-大角度取样锥孔；5-激光出射孔；6-漫透射光学窗；7-固定螺钉孔；8-前面板激光入射面。 
具体实施方式
如图1所示，在前面板1上加工有大角度取样锥孔4，后面板2上加工有半球空腔3和激光出射孔5，并将两块面板叠加在一起，使得相应的大角度取样锥孔4和半球空腔3拼接在一起形成半积分球内腔，且大角度取样锥孔4和激光出射孔5分别位于半球空腔3的两侧。试验中激光沿图1中箭头的方向从大角度取样锥孔4耦合进半球空腔3，在腔内经过多次的吸收和反射后，最后只有小部分光从激光出射孔5射出，实现对强激光功率密度的衰减。由于采用了大角度取样锥孔4结构，使得衰减器可满足在一定角度范围内的激光斜入射。如图2所示在大面积面板上加工有多只上述的半积分球衰减器阵列，则可以实现对大面积激光束的衰减取样，为了保证两块面板上大角度取样孔和半球空腔的安装精度，在面板的两侧设计定位用的固定螺钉孔7，以确保半积分球单元衰减系数的一致性。 
作为具体实施例的一种变化形式，可以在半积分球内腔的大口径处设置有漫透射光学窗6，使得经过光学窗的激光多角度耦合进半球内腔3，且对光束起到匀化作用，进一步改善了衰减器的入射角度特性。漫透射光学窗6选用对该波长的激光高透的材料如石英、硅、碳化硅或二氧化硅制成，漫透射光学窗6的前后两个面均进行漫透射处理，这样以来无论是正入射的激光或斜入射的激光经过漫透射光学窗6后多角度耦合进半球内腔3，由于漫透射光学窗的漫透射效果以及取样孔的大锥角结构，使得激光在约±30°角度范围内斜入射时，衰减 器的衰减系数变化较小，并可以通过标定进行修正。 
前面板1和后面板2材料可以是石墨、铝或铜，为了增加前面板1的抗激光辐照能力，同时防止镜面反射后的高能激光损坏光路上的其它元器件，如图3所示，对前面板1的激光入射表面也进行了漫反射处理。 
上述半积分球阵列衰减器在高能激光功率密度时空分布测量装置中得到成功应用，在该测量装置中，半积分球阵列衰减器采用硬铝LY12材料制成，与光电探测器阵列配合完成激光功率密度时空分布的测量，最大可测量激光的斜入射角度为30°。在测量装置中共计安装有10×10只半积分球衰减探测单元，通过更换不同种类的探测器可以用于不同波长的高能激光光束测量。 

Claims (5)

1.一种高能激光半积分球阵列衰减器，包括前面板、后面板和若干只衰减单元，其特征在于：所述衰减单元包括设置在前面板上的大角度取样锥孔、设置在后面板上的半球空腔、设置在半球空腔边沿处且垂直于后面板的激光出射孔；所述大角度取样锥孔和半球空腔的位置一一对应，且大角度取样锥孔和激光出射孔分别位于半积分球腔的相对两侧。
2.根据权利要求1所述的高能激光半积分球阵列衰减器，其特征在于：所述衰减单元还包括设置在半球内腔的大口径处的漫透射光学窗，所述漫透射光学窗材料为石英、硅、碳化硅或二氧化硅。
3.根据权利要求1或2所述的高能激光的阵列衰减器，其特征在于：所述前面板的迎光面为漫反射面。
4.根据权利要求3所述的高能激光半积分球阵列衰减器，其特征在于：所述前面板和后面板的材料为石墨、铝或铜。
5.根据权利要求3所述的高能激光半积分球阵列衰减器，其特征在于：所述前面板和后面板的两侧均设置有定位用的固定螺钉孔。
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