CN103245997A

CN103245997A - 大口径高功率激光中性吸收装置

Info

Publication number: CN103245997A
Application number: CN2013101860087A
Authority: CN
Inventors: 唐顺兴; 朱健强; 朱宝强; 杜李峰; 郭亚晶
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: CN103245997B

Abstract

一种大口径高功率激光中性吸收装置，其特点在于，一个具有正面开口、内空的六面体外壳，内表面氧化黑处理，所述的开口为光束入射口，在所述的外壳的内底上放置一大块第二吸收体，第一吸收体包括2块以上与入射光束的轴线成一定角度放置的平板吸收玻璃；所述第三吸收体包括2块以上平板吸收玻璃置于第一吸收体的反射方向一侧和所述的外壳一端的内侧。本发明既不含有大口径汇聚元件，也无需元件镀减反膜，采用中性吸收玻璃，广泛适用于300nm-1400nm波段光束高效吸收，基本覆盖常用激光及自然光，吸收效率大于99.9999%。

Description

大口径高功率激光中性吸收装置

技术领域

本发明涉及大口径高功率激光高效率吸收领域，适当缩小尺寸可广泛应用于一般尺寸激光或者其他光的吸收。

背景技术

在高功率激光及一般的激光研究中，激光具有较高的峰值功率和能量密度。在高功率激光调试过程中，需要对杂散光或者主激光进行限制，以免激光辐照在环境中不期望被辐照的物体表面或者人体皮肤。特别是大口径高功率激光，在调试或者测量过程中，其本身及杂散光更容易对环境中的物体或者人员造成危害。

对于小口径激光，一般采用吸收陷阱进行激光限制；对于大口径激光，一般采用汇聚结构将大口径光束缩小并导引到吸收陷阱中。在大口径高功率激光研究领域，汇聚加吸收陷阱的方案会占用较大空间并且需要相应的大口径汇聚元件，需要较高的成本。如果采用不镀膜吸收玻璃直接进行吸收，吸收玻璃表面仍然存在残余反射，正入射情况下表面存在4%反射。镀减反膜可减少反射激光，但是将增加成本，且膜层只对特定波段的光透射，较难满足宽带吸收的需求。

发明内容

本发明所要解决的主要问题是提供一种大口径高功率激光中性吸收装置，以实现多种波段大口径高功率激光的高效吸收，该装置既不含有大口径汇聚元件，也无需元件镀减反膜，采用中性吸收玻璃，广泛适用于300nm-1400nm波段光束高效吸收，基本覆盖常用激光及自然光。该装置在该波段范围内吸收效率大于99.9999%。

为实现上述目标，本发明的技术解决方案如下：

一种大口径高功率激光中性吸收装置，其特点在于，一个具有正面开口、内空的六面体外壳，内表面氧化黑处理，所述的开口为光束入射口，在所述的外壳的内底上放置一大块第二吸收体，第一吸收体包括2块以上与入射光束的轴线成一定角度放置的平板吸收玻璃，遮挡从所述的光束入射口垂直入射的光线直接辐照在所述第二吸收体上；所述第三吸收体包括2块以上平板吸收玻璃置于第一吸收体的反射方向一侧和所述的外壳一端的内侧，所述的第三吸收体的平板吸收玻璃与所述的第一吸收体的平板吸收玻璃的排列方向基本一致。

所述的第一吸收体每块平板吸收玻璃的长宽比例不限，尺寸基本一致，平板沿垂直于光轴方向一字排开，每块平板吸收玻璃摆放角度的取值范围为43°～47°。

所述的一定角度的取值范围为43°～47°。

所述的第一吸收体、第二吸收体和第三吸收体的平板吸收玻璃采用中性吸收玻璃制成，可吸收紫外到红外波段的光线。

本发明的技术效果：

本发明装置既不含有大口径汇聚元件，也无需元件镀减反膜，采用中性吸收玻璃，广泛适用于300nm-1400nm波段光束高效吸收，基本覆盖常用激光及自然光。该装置在该波段范围内吸收效率大于99.9999%。

附图说明

图1是本发明大口径高功率激光中性吸收装置示意图

图2是图1的AA剖面图

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1和图2，图1和图2分别是本发明大口径高功率激光中性吸收装置示意图和AA剖面图。由图可见，本发明大口径高功率激光中性吸收装置，一个具有正面开口、内空的六面体外壳1，内表面氧化黑处理，所述的开口为光束入射口，在所述的外壳1的内底上放置一大块第二吸收体3，第一吸收体2包括2块以上与入射光束的轴线成一定角度放置的平板吸收玻璃，遮挡从所述的光束入射口垂直入射的光线直接辐照在所述第二吸收体3上；所述第三吸收体4包括2块以上平板吸收玻璃置于第一吸收体2的反射方向一侧和所述的外壳1一端的内侧，所述的第三吸收体4的平板吸收玻璃与所述的第一吸收体2的平板吸收玻璃的排列方向基本一致。

所述的第一吸收体2每块平板吸收玻璃的长宽比例不限，尺寸基本一致，平板沿垂直于光轴方向一字排开，每块平板吸收玻璃摆放角度的取值范围为43°～47°。

所述的一定角度的取值范围为43°～47°。

本实施例的第一吸收体2、第二吸收体3和第三吸收体4选用上海有色玻璃厂生产的牌号为ZAB5吸收玻璃作为吸收体，对于300-1400nm吸收透过率<10%/2mm。选用平板吸收玻璃厚度为4mm，第一吸收体45°放置。考虑入射激光偏振态，45°入射，S/P偏振均<10%。设入射光束通量密度I₀（J/cm^2），一部分光束被反射，第一吸收体2的最左侧第一片平板吸收玻璃前表面反射10%，反射光经相邻第二块玻璃反射到第二吸收体3，经两次45°反射后的通量密度为0.01I₀；另一部分光束透射进入第一片平板吸收玻璃，吸收长度约4.5mm，透过光强小于0.006I₀。因此第一吸收体的总体最大透过通量密度（含直接透射和两次反射两部分光束）约0.016I₀。第二吸收体3由一块平板吸收玻璃组成，从第一吸收体透过的前表面反射4%，吸收长度4mm透过率为1%；第二吸收体3后表面反射4%，而且这部分需再经过4mm的吸收长度才能返回前表面，因此相比前表面的反射光，进入平板吸收玻璃再反射回来的光强可以忽略不计，因此第二吸收体的最大反射率只计前表面反射4%。那么经第二吸收体反射再次进入第一吸收体的光通量密度为4%*0.016I₀=0.00064。再通过一次第一吸收体2，透过0.016，总共反射回光路的通量密度约合1x10^-5I₀，最小吸收效率为99.99999%。以上计算中，影响吸收效率的因素均计最差情况，因此以吸收效率估算结果还可以更高。第三吸收体4吸收第一吸收体2侧向反射光，吸收效率应优于直射第二吸收体3。对于加工中第一吸收体2由于加工引起棱边漫反射，估算如下。光束口径按400mm计，第一吸收体2漫反射棱边0.2mm，吸收口径内有10条棱边，漫反射效率面积约0.2/400*10=0.005，考虑±5°的漫反射角回到主光路（实际使用中可更优化）及漫反射10%，反射率约4x10^-5。因此总共的吸收效率达到99.99995%，放宽吸收效率一倍，总的吸收效率应优于99.9999%。

根据以上实例估算结果，增加吸收玻璃厚度及降低棱边倒角尺寸，可进一步提高吸收效率。

Claims

1.一种大口径高功率激光中性吸收装置，其特征在于一个具有正面开口、内空的六面体外壳（1），内表面氧化黑处理，所述的开口为光束入射口，在所述的外壳（1）的内底上放置一大块第二吸收体（3），第一吸收体（2）包括2块以上与入射光束的轴线成一定角度放置的平板吸收玻璃，遮挡从所述的光束入射口垂直入射的光线直接辐照在所述第二吸收体（3）上；所述第三吸收体（4）包括2块以上平板吸收玻璃置于第一吸收体（2）的反射方向一侧和所述的外壳（1）一端的内侧，所述的第三吸收体（4）的平板吸收玻璃与所述的第一吸收体（2）的平板吸收玻璃的排列方向基本一致。

2.根据权利要求1所述的大口径高功率激光中性吸收装置，其特征在于所述的第一吸收体（2）每块平板吸收玻璃的长宽比例不限，尺寸基本一致，平板沿垂直于光轴方向一字排开，每块平板吸收玻璃摆放角度的取值范围为43°～47°。

3.根据权利要求1所述的大口径高功率激光中性吸收装置，其特征在于所述的一定角度的取值范围为43°～47°。

4.根据权利要求1至3任一项所述的大口径高功率激光中性吸收装置，其特征在于所述的第一吸收体（2）、第二吸收体（3）和第三吸收体（4）的平板吸收玻璃采用中性吸收玻璃制成。