CN112436371B - 一种大倍率且倍率连续可调激光衰减器 - Google Patents

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Abstract

为满足高功率/能量激光测量系统对衰减器的衰减倍率足够大、衰减稳定，且在一定程度上连续可调，调节过程中不引起测量系统光轴偏移的技术要求，本发明提出一种大倍率且倍率连续可调激光衰减器，包括一个衰减单元或者多个串联的衰减单元；单个衰减单元包括四个完全相同的楔形结构菲涅耳反射镜、两个底板；菲涅耳反射镜一、二间距设置在底板一上，二者反射面相对且平行；菲涅尔反射镜三、四间距设置在底板二上，二者反射面相对且平行；底板一、二可绕各自转轴旋转；激光入射到菲涅耳反射镜一～四上的入射角均相等；安装就位后，底板一及其上的光学元件与底板二及其上的光学元件形成镜像关系。

Description

一种大倍率且倍率连续可调激光衰减器
技术领域
本发明属于高功率/能量激光测量技术及装备领域，涉及一种大倍率且倍率连续可调激光衰减器。
背景技术
在高功率/能量激光测量系统中，注入测量系统的激光能量往往达万焦耳(j)量级，而探测器(例如CCD)所能响应的能量在微焦(μj)～纳焦(nj)量级，因此大倍率的衰减是测量的必须配置，对衰减的要求是倍率足够大、衰减稳定，且在一定程度上衰减还要连续可调，以适应探测器的最佳响应范围；同时，在高功率/能量测量系统中，激光发射前要在弱光状态下进行光路的对准，此时要求衰减器的切换不能引起测量系统的光轴偏移，保持弱光对准和高能发射状态下的光轴一致。
申请号为200720031746.4的中国专利文献公开了一种激光衰减器，利用两个劈板对形成光学铰链，在两个劈板的相对工作面上分段镀膜，实现光学铰链整体移动过程中光强不同倍率的衰减，但是该方案不能实现衰减倍率连续可调，且衰减倍率仍然无法满足目前高功率/能量激光测量系统的要求。
申请号为201510941066.5的中国专利文献公开了一种编码式大倍率激光衰减器，其衰减板的不同档位可切换，衰减倍率编码可调，能够实现更大倍率的衰减，但是依然无法实现衰减倍率连续可调，且衰减倍率仍然无法满足目前高功率/能量激光测量系统的要求。
发明内容
为满足高功率/能量激光测量系统对衰减器的上述技术要求，本发明提出一种大倍率且倍率连续可调激光衰减器。
本发明的技术方案是：
一种大倍率且倍率连续可调激光衰减器，其特殊之处在于：包括一个衰减单元或者N个串联级联的衰减单元；N≥2且为偶数；
单个衰减单元包括菲涅耳反射镜一、菲涅耳反射镜二、菲涅耳反射镜三、菲涅耳反射镜四，并排设置的底板一、底板二，转轴一、转轴二；
菲涅耳反射镜一、菲涅耳反射镜二、菲涅耳反射镜三、菲涅耳反射镜四完全相同，均为表面不镀膜的楔形玻璃板；
菲涅耳反射镜一、菲涅耳反射镜二安装在底板一上，底板一可绕所述转轴一旋转；菲涅耳反射镜三、菲涅耳反射镜四安装在底板二上，底板二可绕转所述轴二旋转；
菲涅耳反射镜一、菲涅耳反射镜二间距设置，二者反射面相向且平行；菲涅耳反射镜三、菲涅耳反射镜四间距设置，二者反射面相向且平行；
激光入射到菲涅耳反射镜一～四上的入射角均相等；
安装就位后，底板一及其上的光学元件与底板二及其上的光学元件形成镜像关系。
进一步地，菲涅耳反射镜一、菲涅耳反射镜二、菲涅耳反射镜三、菲涅耳反射镜四的后面均设置有吸收体，吸收体用于吸收透过菲涅耳反射镜的光。
进一步地，吸收体为根据激光波长选择的中性玻璃。
进一步地，菲涅耳反射镜一、菲涅耳反射镜二、菲涅耳反射镜三、菲涅耳反射镜四的材料根据激光的工作波长选择确定。
进一步地，菲涅耳反射镜一、菲涅耳反射镜二、菲涅耳反射镜三、菲涅耳反射镜四均可由镀有部分反射膜的镀膜反射镜替代，所述镀膜反射镜为楔形结构。
本发明的有益效果是：
1.本发明可实现高功率/能量激光光能大倍率(最少可达十万倍量级)、稳定衰减，且衰减倍率在一定范围内连续可调。
2.本发明中底板一及其上的光学元件与底板二及其上的光学元件形成左右对称(镜像)关系，可保证激光的入射光轴和出射光轴空间指向及位置在衰减调整过程中不发生改变，因而本发明只起到能量衰减作用，完全不影响测量系统本身的功能。
3.本发明中底板一和底板二可以旋转较大角度，从而将菲涅耳反射镜让出光路中，此时光能不会达到菲涅耳反射镜因此不会衰减，由此能够满足弱光下的仪器对准。
4.本发明采用菲涅耳反射镜进行光能的衰减，衰减倍率大，且不用镀膜，成本低。
5.本发明结构简单，易于工程实现。
附图说明
图1是本发明大倍率且倍率连续可调激光衰减器实施例一的原理示意图。
图2是本发明大倍率且倍率连续可调激光衰减器实施例二的原理示意图。
附图标记说明：
1-菲涅耳反射镜一；2-菲涅耳反射镜二；3-菲涅耳反射镜三；4-菲涅耳反射镜四；5-底板一；6-底板二；7-转轴一；8-转轴二；9-吸收体；10-入射激光。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1所示，本实施例所提供的大倍率且倍率连续可调激光衰减器，包括菲涅耳反射镜一1、菲涅耳反射镜二2、菲涅耳反射镜三3、菲涅耳反射镜四4，底板一5、底板二6，转轴一7、转轴二8和吸收体9。
菲涅耳反射镜一1、菲涅耳反射镜二2安装在底板一5上，底板一5可绕转轴一7旋转；菲涅耳反射镜三3、菲涅耳反射镜四4安装在底板二6上，底板二6可绕转轴二8旋转；每一个菲涅耳反射镜后面都设置有一个吸收体9，吸收体9用于吸收透过菲涅耳反射镜的光，以避免在系统中产生杂光，吸收体9为根据激光波长选择的中性玻璃。
菲涅耳反射镜一1、菲涅耳反射镜二2、菲涅耳反射镜三3、菲涅耳反射镜四4完全相同，均为表面不镀膜的玻璃板，其材料可根据激光的工作波长选择，例如K9、熔石英等，形状为楔形，楔形结构可避免其后表面的同轴剩余反射光进入激光信号通道。
菲涅耳反射镜一1、菲涅耳反射镜二2的反射面相向且平行，两者拉开一定间距以使光束通过；菲涅耳反射镜三3、菲涅耳反射镜四4的反射面相向且平行，两者拉开一定间距以使光束通过；并且，入射激光10入射到菲涅耳反射镜一～四上的入射角均相等。
安装就位后，底板一5及其上的光学元件与底板二6及其上的光学元件形成左右对称(镜像)关系，如此结构可保证激光的入射光轴和出射光轴空间指向及位置在衰减调整过程中不发生改变。
激光入射后，在一块菲涅耳反射镜上的反射率由菲涅耳定律确定，对p、s偏振光分别为，
Figure BDA0002787140100000041
Figure BDA0002787140100000042
其中：θ1为入射角，θ2为折射角，两者之间关系为：n1 sinθ1＝n2 sinθ2，n1为空气折射率，n2为菲涅耳反射镜材料的折射率，rp为对p偏振光的振幅反射率，rs为对s偏振光的振幅反射率，RP为对p偏振光的反射率，Rs为对s偏振光的反射率。
当菲涅耳反射镜的材料及激光在其上的入射角确定后，菲涅耳反射镜的反射率是唯一确定的，例如当入射激光10的入射角为10°、材料为K9时，单个菲涅耳反射镜对波长为1053nm的激光的反射率为0.0399907(P偏振)、0.043386(s偏振)，等效于经过单个菲涅耳反射镜时，激光衰减了25(P偏振)倍、23(s偏振)倍，四个菲涅耳反射镜总的衰减倍率为390987(P偏振)、282232(s偏振)，如此便实现十几到几十万倍率的光能大倍率衰减，且该衰减率稳定，仅与入射角(易于控制)及材料折射率(材料确定后即固定)相关。
当底板一5和底板二6分别绕其转轴相向旋转相同角度(即旋转方向相反，但旋转角度相等)时，等效改变了激光的入射角，从而可改变衰减倍率；由于入射角随着旋转角度的变化是连续改变的，等效于衰减倍率可连续改变。下表1为不同入射角下的衰减倍率值；可知对于P光，在5°～30°入射角范围内，激光衰减倍率改变了5.93倍，从而能更好的适应和利用探测器的响应范围；
表1：不同入射角下K9材料的反射及衰减率(激光波长1053nm)
Figure BDA0002787140100000051
当底板一5和底板二6分别绕其转轴相向旋转一大角度时，例如90°，则整个底板一5和底板二6处于垂直状态，此时激光从两个菲涅耳反射镜之间的空隙经过，不在菲涅耳反射镜上反射衰减，同时激光的光轴不变，以满足弱光下测量仪器的对准；也可以将底板一5和底板二6设置在移动平台上，将底板一5和底板二6沿垂直光轴方向平移出光路，实现不衰减的目的。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于：本实施例是将实施例一所示的激光衰减器进行两级串联级联(即衰减单元二的输入激光衰减单元一的输出激光)，从而实现更大衰减倍率且倍率可调的激光衰减器，激光衰减单元一、激光衰减单元二各自独立工作，其工作原理与实施例一相同，此处不再赘述。
在其他实施例中，也可以实施例一为衰减单元，进行更多级的级联(衰减单元数目为偶数)。
实施例三：
本实施例与实施例一的区别在于：将实施例一中的四个菲涅耳反射镜由楔形结构且镀有部分反射膜的镀膜反射镜替代。

Claims (4)

1.一种大倍率且倍率连续可调激光衰减器，其特征在于：包括一个衰减单元或者N个串联级联的衰减单元；N≥2且为偶数；
单个衰减单元包括菲涅耳反射镜一(1)、菲涅耳反射镜二(2)、菲涅耳反射镜三(3)、菲涅耳反射镜四(4)，并排设置的底板一(5)、底板二(6)，转轴一(7)、转轴二(8)、吸收体(9)；
菲涅耳反射镜一(1)、菲涅耳反射镜二(2)、菲涅耳反射镜三(3)、菲涅耳反射镜四(4)完全相同，均为表面不镀膜的楔形玻璃板；
菲涅耳反射镜一(1)、菲涅耳反射镜二(2)安装在底板一(5)上，底板一(5)可绕所述转轴一(7)旋转；菲涅耳反射镜三(3)、菲涅耳反射镜四(4)安装在底板二(6)上，底板二(6)可绕转所述轴二(8)旋转；
菲涅耳反射镜一(1)、菲涅耳反射镜二(2)、菲涅耳反射镜三(3)、菲涅耳反射镜四(4)的后面均设置有吸收体(9)，吸收体(9)用于吸收透过菲涅耳反射镜的光；
菲涅耳反射镜一(1)、菲涅耳反射镜二(2)间距设置，二者反射面相向且平行；菲涅耳反射镜三(3)、菲涅耳反射镜四(4)间距设置，二者反射面相向且平行；
激光入射到菲涅耳反射镜一～四上的入射角均相等；
安装就位后，底板一(5)及其上的光学元件与底板二(6)及其上的光学元件形成镜像关系。
2.根据权利要求1所述的大倍率且倍率连续可调激光衰减器，其特征在于：吸收体(9)为根据激光波长选择的中性玻璃。
3.根据权利要求2所述的大倍率且倍率连续可调激光衰减器，其特征在于：菲涅耳反射镜一(1)、菲涅耳反射镜二(2)、菲涅耳反射镜三(3)、菲涅耳反射镜四(4)的材料根据激光的工作波长选择确定。
4.根据权利要求1-3任一所述的大倍率且倍率连续可调激光衰减器，其特征在于：菲涅耳反射镜一(1)、菲涅耳反射镜二(2)、菲涅耳反射镜三(3)、菲涅耳反射镜四(4)均可由镀有部分反射膜的镀膜反射镜替代，所述镀膜反射镜为楔形结构。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114088200B (zh) * 2021-11-16 2023-10-20 西北核技术研究所 一种强激光远场功率衰减取样方法
CN114441032A (zh) * 2022-01-19 2022-05-06 西北核技术研究所 基于楔镜组级联衰减的高能激光功率溯源传递系统及方法
CN116929713A (zh) * 2023-08-28 2023-10-24 河南骞源电子科技有限公司 一种激光动态目标模拟及瞄准精度测量设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1360683A (zh) * 1999-07-12 2002-07-24 康宁股份有限公司 可动态配置的滤光器
CN102096186A (zh) * 2010-12-20 2011-06-15 无锡荣兴科技有限公司 一种连续式可调使光衰减器
CN102934299A (zh) * 2010-04-02 2013-02-13 伊雷克托科学工业股份有限公司 实现偏振输出激光束的高速强度变化的方法
CN105449505A (zh) * 2015-12-16 2016-03-30 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种编码式大倍率激光衰减器
CN108123358A (zh) * 2017-12-28 2018-06-05 西安应用光学研究所 大动态范围激光线性衰减方法及衰减器
CN207937640U (zh) * 2018-02-27 2018-10-02 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种光衰减器及光衰减装置
CN109581650A (zh) * 2018-11-21 2019-04-05 华中科技大学 一种连续可调的多模光纤衰减器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4747673A (en) * 1987-06-01 1988-05-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High power optical attenuator
GB2366666B (en) * 2000-09-11 2002-12-04 Toshiba Res Europ Ltd An optical device and method for its manufacture
CN201037880Y (zh) * 2007-05-08 2008-03-19 中国科学院西安光学精密机械研究所 激光衰减器
JP2015118225A (ja) * 2013-12-18 2015-06-25 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 可変アッテネータおよび描画装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1360683A (zh) * 1999-07-12 2002-07-24 康宁股份有限公司 可动态配置的滤光器
CN102934299A (zh) * 2010-04-02 2013-02-13 伊雷克托科学工业股份有限公司 实现偏振输出激光束的高速强度变化的方法
CN102096186A (zh) * 2010-12-20 2011-06-15 无锡荣兴科技有限公司 一种连续式可调使光衰减器
CN105449505A (zh) * 2015-12-16 2016-03-30 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种编码式大倍率激光衰减器
CN108123358A (zh) * 2017-12-28 2018-06-05 西安应用光学研究所 大动态范围激光线性衰减方法及衰减器
CN207937640U (zh) * 2018-02-27 2018-10-02 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种光衰减器及光衰减装置
CN109581650A (zh) * 2018-11-21 2019-04-05 华中科技大学 一种连续可调的多模光纤衰减器

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