CN105445941A - 一种高功率激光衰减器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高功率激光衰减器。由扩束镜、中性密度衰减片、装夹器和缩束镜组成，其特征在于：所述扩束镜、中性密度衰减片以及缩束镜沿激光入射方向依次顺序排列，所述扩束镜由焦点重合的两片凸透镜或者是一片凹透镜和一片凸透镜组成；所述中性密度衰减片由多片具有不同衰减率的衰减片组合而成；所述装夹器由U型本体以及固定安装在U型本体两侧的散热片组成，在所述U型本体内并排开设有多个U形装夹槽，组合式中性密度衰减片通过楔形器装夹到U形装夹槽中。本发明中，衰减器具有更好的散热性能，提高了衰减器在高功率激光下的损伤阈值，且衰减率可调，波长、偏振态适应性好。

Description

一种高功率激光衰减器
技术领域
本发明涉及激光应用技术设备领域，尤其涉及一种高功率激光衰减器。
背景技术
激光功率衰减是控制激光功率的常用手段，传统激光功率衰减通常采用以下三种方式进行：1、采用中性密度衰减片衰减；2、采用镀膜光学镜片衰减；3、采用偏振方式衰减。
其中，中性密度衰减片又称中灰密度镜，一般由玻璃材质掺杂吸收材料构成，其衰减作用具有非选择型，对于不同波长、偏振的激光衰减能力一致，因此具有广泛的应用范围。但是由于其对激光具有吸收作用，当激光功率密度较高时易产生热效应，造成表面破坏、内部损伤及整体炸裂，影响器件性能直至失去效能。
镀膜光学镜片一般采用玻璃或石英材质，通过表面镀介质膜的形式对激光产生反射，通过镀膜参数控制反射率，从而形成透过衰减。此种方式有点是激光能量通过反射耗散，因而允许在较高功率下工作。但是由于多层介质膜对不同波长和偏振具有不同反射率，因而在不同波长、偏振态下工作具有不同的衰减系数，限制了其工作范围。
偏振方式衰减是利用线偏振光的偏振特性，通过偏振器件选择某一方向线偏振光分量的方式进行衰减。当偏振器件采用棱镜类偏振器时，能够承受较高的功率，同时衰减系数可以通过旋转偏振器的方式进行任意调整，因此在具有偏振特性的激光领域被广泛应用。但是此种方式对于随机偏振激光完全无效，而且由于使用中通常采用半波片进行偏振旋转，激光波长受到较严格的限制。
发明内容
本发明提供了一种高功率激光衰减器，克服激光功率密度较高时易产生热效应，造成表面破坏、中性密度衰减片损伤及整体炸裂，从而影响器件性能直至失去效能的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高功率激光衰减器，由扩束镜、中性密度衰减片、装夹器和缩束镜组成，其特征在于：所述扩束镜、中性密度衰减片以及缩束镜沿激光入射方向依次顺序排列，所述扩束镜由焦点重合的两片凸透镜或者是一片凹透镜和一片凸透镜组成；所述中性密度衰减片由多片具有不同衰减率的衰减片组合而成，所述中性密度衰减片沿激光入射方向，按照衰减系数由小到大的顺序依次排列；所述装夹器由U型本体以及固定安装在U型本体两侧的散热片组成，在所述U型本体内并排开设有多个U形装夹槽，所述中性密度衰减片通过楔形器装夹到U形装夹槽中。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过上述本发明的技术方案，根据扩束镜透镜曲率大小具有多倍扩束功能，使激光热效应分布在较大的面积，从而具有更好的散热性能，通过对激光扩束降低功率密度，提高了中性密度衰减片的损伤阈值，使衰减器对不同波长、偏振态激光均有效；衰减片采用组合式中性密度衰减片，由多种衰减率的衰减片组成，并安装于带散热片的装夹器中，按照衰减系数从小到大依次排列，能够组合出多种衰减系数，这种设计使激光热功率分布于更多衰减片上，进一步提高其在高功率激光下的损伤阈值；装夹器配合楔形器，将衰减片固定于装夹槽中，保持衰减片与装夹器的紧密接触，保证稳定性与散热性；最后通过缩束镜将激光缩束为入射尺寸，保证激光光斑大小与光束质量不变。本发明激光衰减器衰减率可调，波长、偏振态适应性好。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高功率激光衰减器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的装夹器的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的中性密度衰减片与装夹器的安装结构剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明实施例提出的一种高功率激光衰减器，它由扩束镜1、中性密度衰减片2、装夹器3和缩束镜4组成，其特征在于：扩束镜1、中性密度衰减片2以及缩束镜4沿激光入射方向依次顺序排列，扩束镜1由焦点重合的两片凸透镜或者是一片凹透镜和一片凸透镜组成；中性密度衰减片2由多片具有不同衰减率的衰减片组合而成，中性密度衰减片沿激光入射方向，按照衰减系数由小到大的顺序依次排列。
扩束镜1由两片焦点重合的透镜组成，根据透镜曲率大小可具有多倍扩束功能，如以10倍扩束镜为例，可将直径为1mm的平行激光扩束至直径10mm，光功率密度降低至初始激光的1/100，使激光热效应分布在较大的面积，因此具有更好的散热性能，提高衰减器损伤阈值。
扩束后的平行激光通过多片可拆卸式组合中性密度衰减片2。组合式衰减片2由多片不同衰减率的衰减片组成，以6种衰减系数、10个衰减片进行组合为例，6种衰减片衰减系数分别为1％、5％、10％、20％、50％、90％，按照S1-S6编号，S6可以和S1有10种搭配方式，实现从90％到99％的衰减系数；S5可以和S1-S4衰减片搭配，实现从50％-99％的衰减系数；依次类推，最小衰减系数可实现从1％-10％调整，分辨率1％。
按照激光入射顺序，将衰减片按照衰减系数由小到大排列，使激光首先经过较小吸收，经过足够的衰减后再经过最大吸收衰减片，使热效应在各衰减片中尽量保持均匀分布，进一步提高衰减器的损伤阈值。
如图2-3所示，装夹器3由U型本体31以及固定安装在U型本体31两侧的散热片32组成，在U型本体31内并排开设有多个U形装夹槽33，组合式中性密度衰减片2通过楔形器5装夹到U形装夹槽33中。采用装夹器3配合楔形器5，将衰减片固定于装夹槽中的方式，保持衰减片与装夹器3的紧密接触，保证稳定性与散热性。
下面结合一更具体的实施例对本发明原理说明如下：
采用焦距分别为10mm、100mm的两片凸透镜构成扩束镜，凸透镜间距110mm，焦点重合，扩束倍数10倍。将直径1mm的激光射入扩束镜后直径变为10mm平行光。如需使激光衰减33％，选用3片1％、1片10％、1片20％的衰减片，按激光入射顺序放置于装夹器内，用楔形器分别对每块衰减片进行固定，如需要可采用风冷方式对带有散热片的装夹器进行强制对流散热。衰减后的激光通过与扩束镜类似的缩束镜进行缩束，获得与入射激光大小、形状、偏振状态一致的衰减激光。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
通过上述本发明的技术方案，根据扩束镜透镜曲率大小具有多倍扩束功能，使激光热效应分布在较大的面积，从而具有更好的散热性能，通过对激光扩束降低功率密度，提高了中性密度衰减片的损伤阈值，使衰减器对不同波长、偏振态激光均有效；衰减片采用组合式中性密度衰减片，由多种衰减率的衰减片组成，并安装于带散热片的装夹器中，按照衰减系数从小到大依次排列，能够组合出多种衰减系数，这种设计使激光热功率分布于更多衰减片上，进一步提高其在高功率激光下的损伤阈值；装夹器配合楔形器，将衰减片固定于装夹槽中，保持衰减片与装夹器的紧密接触，保证稳定性与散热性；最后通过缩束镜将激光缩束为入射尺寸，保证激光光斑大小与光束质量不变。本发明激光衰减器衰减率可调，波长、偏振态适应性好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种高功率激光衰减器，由扩束镜、中性密度衰减片、装夹器和缩束镜组成，其特征在于：所述扩束镜、中性密度衰减片以及缩束镜沿激光入射方向依次顺序排列，所述扩束镜由焦点重合的两片凸透镜或者是一片凹透镜和一片凸透镜组成；所述中性密度衰减片由多片具有不同衰减率的衰减片组合而成，所述中性密度衰减片沿激光入射方向，按照衰减系数由小到大的顺序依次排列；所述装夹器由U型本体以及固定安装在U型本体两侧的散热片组成，在所述U型本体内并排开设有多个U形装夹槽，所述中性密度衰减片通过楔形器装夹到U形装夹槽中。
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