CN109579984A - 一种激光光束匀化衰减器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光光束匀化衰减器，包括衰减腔；衰减腔为中空密封腔体，内壁经漫反射表面处理，形成漫反射层；衰减腔相对两端同轴开设取样入射孔与出射孔，衰减腔内部靠近出射孔的一端固定有对激光高透射的透射体，透射体表面正对取样入射孔的位置处设置对激光高反射率的漫反射膜，漫反射膜的直径大于取样入射孔直径。具有结构紧凑、加工方便、不同衰减器的衰减系数一致性较佳的特性，克服了传统积分球球体带来的空间尺寸较大、在排布成二维阵列时无法实现高空间分辨率的激光参数测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种高能激光光束匀化衰减器，尤其是一种强激光功率密度大倍数定量衰减取样器。
背景技术
在高能激光参数测量中，需要获得激光的光强时空分布，由于测试位置处的激光功率密度一般都较高，需要进行合理衰减，才能用布成面阵的光电探测器阵列进行探测。
目前常用的光学衰减方法主要有滤光片衰减法和积分球衰减法，即在每只探测器前增加一只光衰减器，将激光的功率衰减至探测器的可探测范围内。由于滤光片在大倍数衰减时其衰减系数难于准确标定、对标定的功率计要求较高，而且当激光的入射角度发生变化时，衰减系数不一致，增加了标定难度。
授权专利ZL201110231864.0中报道了一种高能激光半积分球阵列衰减器，采用大角度取样锥孔结合半积分球的方法实现激光衰减，激光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。上述积分球结构衰减器的不足之处是，由于积分球衰减器为非对称结构，取样入射孔和出射孔位于积分球两侧，在激光倾斜入射时，只有当衰减器和激光方向处于特定的位置夹角才能实现大角度激光衰减，而且衰减器采用球状或半球状，结构不紧凑，难以满足高空间分辨阵列探测时的衰减要求。
授权专利ZL 201410279528.7公开了一种大角度入射高能激光的衰减取样装置，包括取样直孔、出射孔和圆柱空腔，圆柱空腔内填充有颗粒状的光学体散射材料，可以实现激光斜入射时的大角度衰减取样，但存在的问题是给空腔填充光学体散射材料时容易出现填充的密度不一致，导致同一测量靶板上的不同衰减器的衰减系数相差较大，影响了激光测量的一致性。
发明内容
本发明提出了一种高能激光光束匀化衰减器，具有结构紧凑、加工方便、不同衰减器的衰减系数一致性较佳的特性。
本发明的技术方案如下提供一种激光光束匀化衰减器，其特殊之处在于：包括衰减腔；上述衰减腔为中空密封腔体，内壁经漫反射表面处理，形成漫反射层；
衰减腔相对两端同轴开设取样入射孔与出射孔，衰减腔内部靠近出射孔的一端固定有对激光高透射的透射体，透射体表面正对取样入射孔的位置处设置对激光高反射率的漫反射膜，上述漫反射膜的直径大于取样入射孔直径。
进一步地，取样入射孔的迎光面上开有倒角孔。
进一步地，透射体为白宝石或石英玻璃制成。
进一步地，透射体粘接固定在衰减腔的内腔。
进一步地，该衰减器，还包括基座及固定底板；衰减腔由开设在基座上的一端封闭、一端开口的腔室及固定底板构成；固定底板与腔室开口端可拆卸连接；取样入射孔位于腔室的封闭端，出射孔开设在固定底板上。
进一步地，上述衰减腔包括固定底板及衰减腔本体，衰减腔本体为一端封闭的筒体，取样入射孔位于衰减腔本体的封闭端；
固定底板开有台阶孔，其中小端为出射孔，大端内壁与衰减腔本体外壁螺纹连接。
进一步地，该衰减器还包括沿腔体本体内壁周向设置的挡圈，用于固定透射体。
进一步地，透射体粘接固定在固定底板上，光束匀化衰减器通过螺纹调节衰减腔内部空腔的长度。
进一步地，衰减腔采用石墨或铝、铜制成，内壁喷砂处理形成漫反射层。
进一步地，上述衰减腔呈二维面阵方式设置在激光功率密度测量靶板上。
本发明具有的有益技术效果是：
1、本发明提出了一种结构紧凑的衰减器结构，通过直孔漫反射内腔结合漫反射膜的组合，实现了激光的大倍数匀化衰减，克服了传统积分球球体带来的空间尺寸较大、在排布成二维阵列时无法实现高空间分辨率的激光参数测量的不足。
2、本发明的衰减器可采用分体式结构，方便了现场的更换和维修；同时采用螺纹结构联接在固定底板上，通过旋转螺纹可实现衰减腔空腔长度的调节，进而方便地实现了衰减系数的调节，适应了不同功率激光的测量要求。
3、本发明采用了开有倒角孔的取样入射孔，适用于大角度斜入射激光的参数测量和衰减取样。
附图说明
图1为本发明实施例一高能激光光束匀化衰减器的结构示意图；
图2为本发明实施例一高能激光光束匀化衰减器的衰减匀化原理示意图；
图3为本发明漫反射膜的镀制位置示意图；
图4为采用光线追迹软件模拟的衰减器光逃逸示意图；
图5为本发明实施例二分体式光束匀化衰减器结构示意图；
图6为本发明实施例三衰减倍数可调的分体式光束匀化衰减器的结构示意图；
图7为本发明光束匀化衰减器在阵列靶板上的布局示意图。
附图标记为：1、取样入射孔；2、衰减腔；21、衰减腔本体；3、透射体；4、漫反射膜；5、固定底板；6、倒角孔；7、出射孔；8、激光束；9、挡圈；10、螺纹；11、胶接点；12、基座；13、壳体。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
实施例一
如图1至图4所示，本发明的一种激光光束匀化衰减器，包括沿激光入射方向依次设置的取样入射孔1、衰减腔2和出射孔7，衰减腔2为空腔，其内部靠近出射孔7的一端固定有透射体3，透射体3选用白宝石或石英玻璃制成，对被测量的激光高透射，其透过率大于98％；透射体3前表面的中部正对取样入射孔1的位置处设置有对激光高反射率的漫反射膜4，使得透射体3前表面形成一个如图3所示的环形透光窗口。图3中漫反射膜4的直径为a，透射体3的前表面直径为b。
一般采用将待镀膜表面的衬底位置处拉毛，变成粗糙面，然后在拉毛的衬底上蒸镀金属反射膜，镀膜中对其他位置进行遮挡。金属漫反射膜一方面对入射激光也具有一定的反射率(通常大于90％)，避免膜层在强光下损坏，另一方面形成漫反射面，确保激光入射至漫反射面后向四周漫反射。
衰减腔2的内腔同样经过漫反射表面处理，衰减腔2可采用石墨或铝、铜制成，通过喷砂处理就可形成漫反射内表面。这种结构的衰减腔2是加工在基座12内部，通常情况下，基座12上可以加工若干只衰减腔2，取样出射孔7设置在固定底板5上，衰减腔2和取样入射孔1设置在基座12上，固定底板5和基座12之间通过定位销固联，使得出射孔7和取样入射孔1一一对应，形成二维面阵是衰减器结构。
如图4所示，入射激光8经过漫反射膜4漫反射、再经过衰减腔2腔内的多次漫反射匀化和透射体3的透射后，经出射孔7出射，从而实现激光功率密度的大倍数衰减。此外，为了实现大角度斜入射激光束8的衰减，取样入射孔1的迎光面上开有45°的倒角孔6，适用于大角度斜入射激光的参数测量和衰减取样。本发明中倒角孔6、取样入射孔1、衰减腔2、漫反射膜4和出射孔7均同轴设置，加工中需要确保位置精度。其中漫反射膜4的尺寸大于取样入射孔1的直径，确保激光沿倒角孔斜入射时，也能入射至漫反射膜4上形成漫反射。透射体3采用胶接的方法粘接在固定底板5上，其中11为胶接点。
实施例二
如图5所示，本实施例提供了一种分体式衰减器方案。图5为固定衰减系数的结构，取样出射孔7设置在固定底板5上，衰减腔2设置在壳体13内，壳体13通过螺纹10联接在固定底板5上，衰减腔2的腔体内部设置有固定透射体3的挡圈9，依靠挡圈将透射体3位置固定。
实施例三
本实施例提供了一种衰减系数可调的分体式衰减器方案，根据理论模拟分析，衰减器的衰减系数主要取决于空腔长度L、内腔的反射率以及漫反射膜4直径a与透射体3表面直径b之间的比值，因此在基本结构尺寸和参数设定的情况下，可通过调节空腔长度L很方便地实现衰减系数的调节。
如图6所示，取样出射孔7设置在固定底板5上，衰减腔2设置在壳体13内，壳体13通过螺纹10联接在固定底板5上，透射体2粘接固定在衰减腔2的内腔，光束匀化衰减器可通过螺纹10调节衰减腔2内部空腔长度L，适应了不同功率激光的测量要求。
本发明具体实施的参数为：取样入射孔直径为1mm，衰减腔直径为3.1mm，空腔长度L为5mm，漫反射膜直径a为2mm，透射体表面直径b为3mm，透射体的长度为3mm，内腔反射率系数为80％，漫反射膜反射率系数95％，实现了大于103倍的激光功率密度衰减。
图7给出了在激光功率密度测量靶板示意图，光束匀化衰减器呈二维分布设置在激光功率密度测量靶板上，采用本发明的衰减器结构不仅便于维修和更换，而且器件结构紧凑，衰减系数可调，满足了高空间分辨率以及不同功率激光功率密度分布参数的测量。
Claims (10)
1.一种激光光束匀化衰减器，其特征在于：包括衰减腔(2)；
所述衰减腔(2)为中空密封腔体，内壁经漫反射表面处理，形成漫反射层；
衰减腔(2)相对两端同轴开设取样入射孔(1)与出射孔(7)，衰减腔(2)内部靠近出射孔(7)的一端固定有对激光高透射的透射体(3)，透射体(3)表面正对取样入射孔(1)的位置处设置对激光高反射率的漫反射膜(4)，所述漫反射膜(4)的直径大于取样入射孔(1)直径。
2.根据权利要求1所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：取样入射孔(1)的迎光面上开有倒角孔(6)。
3.根据权利要求1所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：透射体(3)为白宝石或石英玻璃制成。
4.根据权利要求3所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：透射体(3)粘接固定在衰减腔(2)的内腔。
5.根据权利要求1所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：还包括基座(12)及固定底板(5)；衰减腔(2)由开设在基座上的一端封闭、一端开口的腔室及固定底板(5)构成；固定底板(5)与腔室开口端可拆卸连接；取样入射孔(1)位于腔室的封闭端，出射孔(7)开设在固定底板(5)上。
6.根据权利要求1所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：所述衰减腔(2)包括固定底板(5)及衰减腔本体(21)，衰减腔本体(21)为一端封闭的筒体，取样入射孔(1)位于衰减腔本体(21)的封闭端；
固定底板(5)开有台阶孔，其中小端为出射孔(7)，大端内壁与衰减腔本体(21)外壁螺纹连接。
7.根据权利要求6所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：还包括沿腔体本体(21)内壁周向设置的挡圈(9)，用于固定透射体(3)。
8.根据权利要求6所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：透射体(3)粘接固定在固定底板(5)上。
9.根据权利要求1-8任一所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：衰减腔(2)采用石墨或铝、铜制成，内壁喷砂处理形成漫反射层。
10.根据权利要求1所述的激光光束匀化衰减器，其特征在于：所述衰减腔(2)呈二维面阵方式设置在激光功率密度测量靶板上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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