CN109445006B - 一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体及其制备方法，属于高功率激光技术领域，所述吸收体包括基座及位于基座上方的黑色吸收玻璃，所述黑色吸收玻璃包括倾斜设置的第一吸收面、第二吸收面，所述第一吸收面和第二吸收面远离基座的一端相交接，且交接处设为倒角形成过渡面，本发明通过设置倒角形成过渡面，有效的解决了高功率激光系统中吸收体吸收面交界处易发生损伤的难题，简单紧凑，成本低，操作简便，既能满足杂散光不返回原光路，又能够满足杂散光吸收体与空气的界面上不发生损伤喷溅，可用于高功率激光系统中任何一类高能量密度的杂散光吸收，具有较高的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于高功率激光技术领域，具体地说涉及一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体及其制备方法。
背景技术
在较为复杂的高功率激光系统中，除了主激光之外，还有大量的杂散光存在系统之中。为保证高功率激光系统中大量光学元件的安全性，对杂散光需要进行控制和吸收。为使杂散光光束尽可能被吸收而不会返回原光路，吸收体的结构形式通常为斜面，这就使得吸收体两个受光面交界处产生锐利的劈尖结构。在实际应用过程中，这种劈尖结构在较高功率的激光辐照下极易发生损伤从而产生喷溅，在现有的杂散光吸收装置及方法中，尚没有一种在较高功率激光辐照下，能够同时满足杂散光不返回原光路且劈尖结构不发生损伤喷溅的吸收体。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种基于光场分布特性的用于高功率激光系统的杂散光吸收体及其制备方法，能够同时满足杂散光不返回原光路且劈尖结构不发生损伤喷溅。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体，包括基座及位于基座上方的黑色吸收玻璃，所述黑色吸收玻璃包括倾斜设置的第一吸收面、第二吸收面，所述第一吸收面和第二吸收面远离基座的一端相交接，且交接处设为倒角形成过渡面。
进一步，所述过渡面对应的曲率半径为r，所述第一吸收面与第二吸收面之间的夹角为α，在夹角α保持不变时，将过渡面的作用视为一个F数不变的透镜，作为入射光的杂散光入射至黑色吸收玻璃内部形成光场，则光场焦点的特征尺度为λF保持不变(λ表示杂散光的中心波长)，此时，过渡面处的激光功率P与过渡面的受光面积成正比，则P∝r，无吸收时光场焦点处的光强I与焦点的特征尺度成正比，同时，光强I也与曲率半径成正比，则I∝r。
进一步，考虑介质的吸收，假设杂散光在黑色吸收玻璃中传输到光场焦点的距离相同，且所述距离为焦距f，则Ia∝rexp(-αf)，其中，Ia表示有吸收时光场焦点处的光强，则，其中，n2为黑色吸收玻璃折射率，n1为真空折射率。
进一步，有吸收时光场焦点处的光强Ia小于黑色吸收玻璃的损伤阈值，从而降低黑色吸收玻璃的损伤风险。
另，本发明还提供一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体的制备方法，包括如下步骤：
S1：根据黑色吸收玻璃的损伤阈值，获得过渡面的曲率半径范围；
S2：根据黑色吸收玻璃的折射率以及步骤S1中得到的曲率半径范围，得到过渡面的曲率半径；
S3：根据步骤S2中得到的曲率半径，完成黑色吸收玻璃的设计；
S4：将黑色吸收玻璃置于基座上方，并将基座垂直于杂散光入射方向即可。
进一步，所述步骤S1中，黑色吸收玻璃位于基座上方，其包括倾斜设置的第一吸收面、第二吸收面，所述第一吸收面和第二吸收面远离基座的一端相交接，且交接处设为倒角形成过渡面。
进一步，所述过渡面对应的曲率半径为r，所述第一吸收面与第二吸收面之间的夹角为α，过渡面处的激光功率P与过渡面的受光面积成正比，则P∝r，作为入射光的杂散光入射至黑色吸收玻璃内部形成光场，无吸收时光场焦点处的光强I与曲率半径成正比，则I∝r。
进一步，假设杂散光在黑色吸收玻璃中传输到光场焦点的距离相同，且所述距离为焦距f，则Ia∝rexp(-αf)，其中，Ia表示有吸收时光场焦点处的光强，得到有吸收时光场焦点处的光强与曲率半径的关系图，根据黑色吸收玻璃的损伤阈值大于有吸收时光场焦点处的光强，获得过渡面的曲率半径范围。
进一步，所述步骤S2中，根据有吸收时光场焦点处的光强与曲率半径的关系图，由傍轴近似得到焦距f，且其中，n2为黑色吸收玻璃折射率，n1为真空折射率，在曲率半径范围内结合成本、空间，得到曲率半径。
进一步，所述步骤S2中，通过增大曲率半径，促使黑色吸收玻璃内部的光强峰值移向基座方向，加大黑色吸收玻璃对光强的吸收。
本发明的有益效果是：
通过设置过渡面，有效的解决了高功率激光系统中吸收体吸收面交界处易发生损伤的难题，简单紧凑，成本低，操作简便，既能满足杂散光不返回原光路，又能够满足杂散光吸收体与空气的界面上不发生损伤喷溅，可用于高功率激光系统中任何一类高能量密度的杂散光吸收，具有较高的经济效益。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是有吸收时光场焦点处的光强与曲率半径的关系图。
附图中：1-基座、2-黑色吸收玻璃、3-第一吸收面、4-第二吸收面、5-过渡面；
图2中横坐标表示曲率半径，单位为mm，纵坐标表示有吸收时光场焦点处的光强。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
如图1所示，一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体，包括基座1及位于基座1上方的黑色吸收玻璃2，所述黑色吸收玻璃2设有多块，且多块黑色吸收玻璃2并排设置。具体的，所述黑色吸收玻璃2包括倾斜设置的第一吸收面3、第二吸收面4，所述第一吸收面3和第二吸收面4远离基座1的一端相交接，且交接处设为倒角形成过渡面5，以避免产生劈尖结构。
一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体的制备方法，包括如下步骤：
S1：根据黑色吸收玻璃2的损伤阈值，获得过渡面5的曲率半径范围，具体的：
所述过渡面5对应的曲率半径为r，所述第一吸收面3与第二吸收面4之间的夹角为α，在夹角α保持不变时，将过渡面5的作用视为一个F数不变的透镜，作为入射光的杂散光入射至黑色吸收玻璃2内部形成光场，则光场焦点的特征尺度为λF保持不变(λ表示杂散光的中心波长)，此时，过渡面5处的激光功率P与过渡面5的受光面积成正比，则P∝r，无吸收时光场焦点处的光强I与焦点的特征尺度成正比，同时，光强I也与曲率半径成正比，则I∝r。假设杂散光在黑色吸收玻璃2中传输到光场焦点的距离相同，且所述距离为焦距f，则Ia∝rexp(-αf)，其中，Ia表示有吸收时光场焦点处的光强，得到有吸收时光场焦点处的光强与曲率半径的关系图，如图2所示。根据黑色吸收玻璃2的损伤阈值大于有吸收时光场焦点处的光强，获得过渡面5的曲率半径范围。同时，由图2可以看出：有吸收时光场焦点处的光强随曲率半径的增加先增大后降低，因此，增加曲率半径可以使黑色吸收玻璃2内部的光强峰值降低到黑色吸收玻璃2的损伤阈值以下，从而降低黑色吸收玻璃2的损伤风险。
S2：根据黑色吸收玻璃2的折射率以及步骤S1中得到的曲率半径范围，得到过渡面5的曲率半径。
根据有吸收时光场焦点处的光强与曲率半径的关系图，由傍轴近似得到焦距f，且其中，n2为黑色吸收玻璃2折射率，n1为真空折射率，在曲率半径范围内结合成本、空间，得到曲率半径。通过增大曲率半径，促使黑色吸收玻璃2内部的光强峰值移向基座1方向，加大黑色吸收玻璃2对光强的吸收。
S3：根据步骤S2中得到的曲率半径，完成黑色吸收玻璃2的设计。
S4：将黑色吸收玻璃2置于基座1上方，并将基座1垂直于杂散光入射方向，并使得入射至第一吸收面3与第二吸收面4的杂散光为S偏振。
实施例二：
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：α＝30°，r＝2.7mm。
实施例三：
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：α＝30°，r＝6mm。
相比于实施例二，实施例三可使黑色吸收玻璃2内部的光强峰值降低30％，同时，能够使光强峰值远离黑色吸收玻璃2表面，从而避免黑色吸收玻璃2表面产生喷溅。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (2)
1.一种用于高功率激光系统的杂散光吸收体的制备方法，其特征在于，用于高功率激光系统的杂散光吸收体包括基座及位于基座上方的黑色吸收玻璃，所述黑色吸收玻璃包括倾斜设置的第一吸收面、第二吸收面，所述第一吸收面和第二吸收面远离基座的一端相交接，且交接处设为倒角形成过渡面；
所述制备方法包括：
S1：根据黑色吸收玻璃的损伤阈值，获得过渡面的曲率半径范围；
所述过渡面对应的曲率半径为r，所述第一吸收面与第二吸收面之间的夹角为α，过渡面处的激光功率P与过渡面的受光面积成正比，则，作为入射光的杂散光入射至黑色吸收玻璃内部形成光场，无吸收时光场焦点处的光强I与曲率半径成正比，则/>；
假设杂散光在黑色吸收玻璃中传输到光场焦点的距离相同，且所述距离为焦距f，则，其中，Ia表示有吸收时光场焦点处的光强，得到有吸收时光场焦点处的光强与曲率半径的关系图，根据黑色吸收玻璃的损伤阈值大于有吸收时光场焦点处的光强，获得过渡面的曲率半径范围；
S2：根据黑色吸收玻璃的折射率以及步骤S1中得到的曲率半径范围，得到过渡面的曲率半径；
根据有吸收时光场焦点处的光强与曲率半径的关系图，由傍轴近似得到焦距f，且，其中，n2为黑色吸收玻璃折射率，n1为真空折射率，在曲率半径范围内结合成本、空间，得到曲率半径；
S3：根据步骤S2中得到的曲率半径，完成黑色吸收玻璃的设计；
S4：将黑色吸收玻璃置于基座上方，并将基座垂直于杂散光入射方向。
2.根据权利要求1所述的用于高功率激光系统的杂散光吸收体的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过增大曲率半径，促使黑色吸收玻璃内部的光强峰值移向基座方向，加大黑色吸收玻璃对光强的吸收。
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