CN113405779A - 基于光纤取样的强光取样装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光系统的技术领域，尤其涉及基于光纤取样的强光取样装置及其制备方法。装置包括防护取样基板、安装基座、光纤棒，所述防护取样基板阵列设置有若干个第一过孔，每个第一过孔匹配一个安装基座，所述安装基座上开设有第二过孔，所述光纤棒固定设置在第一过孔和第二过孔内。本发明中的防护取样基板同时具有宽光谱响应特性、大角度宽容性、高损伤阈值的激光取样，能够解决激光系统特征参数测量中对于测量设备的高兼容性要求。
Description
技术领域
本发明属于激光系统的技术领域，尤其涉及基于光纤取样的强光取样装置及其制备方法。
背景技术
近年来，激光技术获得了迅猛发展，激光系统已在多领域获得了广泛的应用。随着应用的深入，激光光斑特征参数的准确测量成为亟待解决的问题。
获取激光系统特征参数常用的方法有CCD相机成像法和阵列探测法：CCD相机成像法最大的优势体现在可以高分辨率地实时成像，但当拍摄大面积光斑时，所需物距过长，造成系统不易集成，同时图像校正技术也较为复杂，对精度有一定的影响。该方法多用于系统的静态测量，在动态飞行平台的应用受限；阵列探测法依靠空间衰减取样实现对光斑的空间分布测量，布局较为紧凑，体积小，而且对于大面积光斑，可通过单元数的增加来增大探测面积，付出的体积、重量代价较小，较适合飞行平台动态测量使用。
但是，就阵列测量法采用的技术而言，目前主要存在以下几个技术问题：第一，光谱响应一致性差，特别是对于采用高反膜进行取样的测量方式，对于光谱合成激光系统测量有一定的影响；第二，角度兼容性差，通常只能兼容正负几度的入射角范围，更大的角度需要依靠软件进行校正，在一定程度上对测量精度有影响；第三，功率耐受差，不能够满足大功率测量的需求。根据调研，以上三个技术难点，若单独解决其中一个，可以通过已有技术途径去实现；若要在一台测量设备上解决以上所有技术难题，具有较大的技术难度。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，为此，本发明提出了基于光纤取样的强光取样装置及其制备方法，具体发明如下：
基于光纤取样的强光取样装置，包括防护取样基板、安装基座、光纤棒，所述防护取样基板阵列设置有若干个第一过孔，每个第一过孔匹配一个安装基座，所述安装基座上开设有第二过孔，所述光纤棒固定设置在第一过孔和第二过孔内。
具体地说，经过光学抛光后的防护取样基板迎光面采用化学或真空镀的方式设置有镀金膜。
具体地说，所述镀金膜上镀有保护膜。
具体地说，所述第一过孔包括依次连续同轴设置的
取样部，用于放置光纤棒的端部获取光束；
第一导槽部，方便光纤棒插入取样部和对安装基座的限位；
第一固定部，与安装基座中的第二固定部外侧壁固定连接。
具体地说，所述第一导槽部包括依次设置的第一喇叭段、第一阶梯段，所述第一喇叭段方便光纤棒插入取样部中，所述第一阶梯段限制安装基座进入到第一过孔的位置。
具体地说，所述光纤棒为2层或3层全玻结构，所述光纤棒为全玻石英光纤棒，光纤棒的两端边缘为进行光学抛光后的倒角。
具体地说，所述安装基座上的过孔包括依次同轴设置的
第二固定部，外侧壁上设置有与第一过孔中的第一固定部匹配的连接固定结构；
第二导槽部，方便光纤棒插入光纤尾部安置部中；
光纤尾部安置部，用于放置光纤的尾部。
具体地说，在安装基座内放置光纤棒后设置有固定胶，所述固定胶从第二固定部的入口处注入，所述固定胶的折射率低于包层材料的折射率。
具体地说，所述第二固定部的内壁还设置有凹凸结构。
根据上述的基于光纤取样的强光取样装置的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据被测激光系统的参数确定防护取样基板的直径、厚度、取样空间分辨率及取样孔尺寸，并确定光纤棒的尺寸；
S2、对防护取样基板进行加工、抛光，然后阵列打第一过孔，对第一过孔进行镀膜；对光纤棒和安装基座进行加工；
S3、装配光纤棒与安装基座形成光纤取样组件；
S4、将光纤取样组件与防护取样基板进行组装。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明中的防护取样基板同时具有宽光谱响应特性、大角度宽容性、高损伤阈值的激光取样，能够解决激光系统特征参数测量中对于测量设备的高兼容性要求。
(2)镀金膜可以将防护取样基板的表面反射率提高至95％以上，降低对取样基板热容的要求，提高测试设备的强光防护能力。
(3)保护膜的设置可以提高膜层表面机械强度，也便于对防护取样基板的表面污损时进行清理。
(4)第一过孔和第二过孔的设置方便的光纤棒的固定，也在该过程中保护光纤棒，另外也方便光纤取样组件与防护取样基板的安装。
(5)光纤棒抛光和倒角的设置可以放置光纤薄层的崩边，保证取样光斑的空间一致性。
(6)所述固定胶可以使得进入包层的光不从光纤棒中泄露。
(7)所述第二固定部的内壁还设置有凹凸结构，可以防止固定胶和光纤棒一起脱落。
(8)该方法公开了光纤取样的强光取样装置的安装方式，简单方便，且成功率高。
附图说明
图1为防护取样基板全端面的整体结构图；
图2为防护取样基板后端面的整体结构图；
图3为防护取样基板的构造局部爆炸剖面图；
图中：
1、防护取样基板；11、第一过孔；110、突出部；111、取样部；112、第一喇叭段；113、第一阶梯段；114、第一固定部；2、光纤棒；3、安装基座；301、第二固定部；3011、入口；302、第二导槽部；303、光纤尾部安置部。
具体实施方式
如图1-3所示，基于光纤取样的强光取样装置，包括防护取样基板1、安装基座3、光纤棒2，所述防护取样基板1阵列设置有若干个第一过孔11，每个第一过孔11匹配一个安装基座3，所述安装基座3上开设有第二过孔，所述光纤棒2固定设置在第一过孔11和第二过孔内。所述光纤棒2为全玻石英光纤棒2，利用光纤棒2的全反射原理将取样光束导至防护取样基板1的后端，实现取样光束的传导，通过采用大数值孔径的全玻光纤解决大角度及宽光谱兼容性的需求。
具体地说，在同一板上的相邻过孔之间间距依据测量空间分辨率需求进行设计。所述防护取样基板1为热容量较大的铜基板，所述厚度根据出光能力确定，经过光学抛光后的防护取样基板1迎光面采用化学或真空镀的方式设置有镀金膜，将表面反射率提高至95％以上。优化的，所述镀金膜上镀有保护膜，可提高镀膜面的机械强度，也便于表面污损时进行处理。
所述第一过孔11包括依次连续同轴设置的取样部111、第一导槽部、第一固定部114。所述防护取样基板1至少位于第一固定部114的厚度处被切割，形成至少第一固定部114突出板体的突出部110。从而可以降低整个装置的整体重量。其中所述取样部111用于获取光束，所述第一导槽部包括依次设置的第一喇叭段112、第一阶梯段113，在该发明中，所述第一喇叭段112的倾斜度与其中轴线的角度为30-60°，从而方便光纤棒2插入取样部111中，防止光纤插入时光纤包层出现崩边的现象。所述第一阶梯段113限制安装基座3进入到第一过孔11的位置，防止安装基座3进一步进入到第一过孔11中而拧断光纤，也起到了对光纤棒2定心的作用。所述第一固定部114与安装基座3中的第二固定部301外侧壁固定连接，在本发明中，第一固定部114的内侧壁和第二固定部301的外侧壁上设置有匹配的螺纹结构。
所述光纤棒2为2层或3层全玻结构，根据防护取样基板1使用角度范围，选择合适的光纤数值孔径。所述使用角度范围为入射至防护取样基板1的入射光角度。光纤棒2的两端边缘为进行光学抛光后的倒角，这样确保端面无崩边，保持各通道取样的一致性。光纤直径根据取样功率确定，本例采用的是直径为0.76mm的全玻光纤。在保证不破坏全反射的情况下，光纤的包层应尽量的薄，芯壁比(纤芯与包层之比)通常不小于20:1，避免光纤包层入光及在使用过程中包层崩边。
如图2所示，安装基座3上的第二过孔包括依次连续同轴设置的第二固定部301、第二导槽部302、光纤尾部安置部。303所述第二固定部301外侧壁上还设置有与设置有与第一固定部114内侧壁匹配的螺纹结构，从而将固定有光纤棒2的安装基座3作为光纤取样组件安装到防护取样基板1上。优化的，为了再次限制安装基座3进入到第一固定部114的位置。
在安装基座3内放置光纤棒2后设置有固定胶，所述固定胶从第二固定部301的入口3011注入。所述固定胶为光学胶，为使进入包层的光不从光纤棒2中泄露，需选择比光纤包层材料折射率更低的光学胶进行粘合，保证光纤整体的全反射条件不被破坏，在本例中采用折射率为1.3的固定胶进行粘合，该胶为高温固化胶，在恒温箱进行固化，亦可用低折射率的紫外固化胶进行取样面板的制备。
优化的，所述第二固定部301的内壁还设置有凹凸结构，可以防止固定胶和光纤棒2一起脱落。为了方便加工，所述凹凸结构为螺纹结构。所述第二导槽部302包括第二喇叭段，从而方便光纤棒2插入后端的光纤尾部安置部内，并防止插入时光纤包层出现崩边的现象。在该发明中，第一过孔11的取样部111和第二过孔中的光纤尾部安置部均为毫米量级，直径均为0.8mm。
上述基于光纤取样的强光取样装置的制备方法，包括以下步骤：
S1、根据被测激光系统的参数确定防护取样基板1的直径、厚度、取样空间分辨率及取样孔尺寸，并确定光纤棒2的直径；
S2、对防护取样基板1进行加工、抛光，然后阵列打第一过孔11，对第一过孔11进行镀膜；对光纤棒2进行加工，需要注意的是，阵列打过孔的工序在对防护取样基板1和安装基座3加工完成之后，镀膜之前，有效防止过孔堵塞且镀膜失败；打第一过孔11和第二过孔严格同轴对准定位，防止光纤在安装或运输的过程中由于受到应力断折。
S3、装配光纤棒2与安装基座3形成光纤取样组件；将安装基座3放置于平面上，将光纤棒2竖直放置于安装基座3上对应的第二过孔中，依靠第二导槽部302将光纤棒2的一端导入第二过孔中。采用点胶器将设定剂量的低折射率固定胶点入第二固定部301中，本例用固定胶剂量为2ml，需确保每个单元胶量的一致性。将点过固定胶的第二过孔放入60℃恒温箱中进行固化，若为低折射率紫外固化胶，可用紫外灯照射固化；
S4、将光纤取样组件与防护取样基板1进行组装；防护取样基板1背光面朝上水平放置，光纤取样组件竖直放入第一导槽部中，依靠组件重力及第一导槽部的喇叭段使光纤棒2自然滑落于基板取样孔中，旋转光纤取样组件，依靠组件螺纹使组件与防护取样基板1固定。
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，根据本发明的技术发明及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，包括防护取样基板(1)、安装基座(3)、光纤棒(2)，所述防护取样基板(1)阵列设置有若干个第一过孔(11)，每个第一过孔(11)匹配一个安装基座(3)，所述安装基座(3)上开设有第二过孔，所述光纤棒(2)固定设置在第一过孔(11)和第二过孔内。
2.根据权利要求1所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，经过光学抛光后的防护取样基板(1)迎光面采用化学或真空镀的方式设置有镀金膜。
3.根据权利要求2所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，所述镀金膜上镀有保护膜。
4.根据权利要求1所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，所述第一过孔(11)包括依次连续同轴设置的
取样部(111)，用于放置光纤棒(2)的端部获取光束；
第一导槽部，方便光纤棒(2)插入取样部(111)和对安装基座(3)的限位；
第一固定部(114)，与安装基座(3)中的第二固定部(301)外侧壁固定连接。
5.根据权利要求4所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，所述第一导槽部包括依次设置的第一喇叭段(112)、第一阶梯段(113)，所述第一喇叭段(112)方便光纤棒(2)插入取样部(111)中，所述第一阶梯段(113)限制安装基座(3)进入到第一过孔(11)的位置。
6.根据权利要求1所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，所述光纤棒(2)为2层或3层全玻结构，所述光纤棒(2)为全玻石英光纤棒(2)，光纤棒(2)的两端边缘为进行光学抛光后的倒角。
7.根据权利要求1所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，所述安装基座(3)上的过孔包括依次同轴设置的
第二固定部(301)，外侧壁上设置有与第一过孔(11)中的第一固定部(114)匹配的连接固定结构；
第二导槽部(302)，方便光纤棒(2)插入光纤尾部安置部中；
光纤尾部安置部，用于放置光纤的尾部。
8.根据权利要求2所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，在安装基座(3)内放置光纤棒(2)后设置有固定胶，所述固定胶从第二固定部(301)的入口(3011)处注入，所述固定胶的折射率低于包层材料的折射率。
9.根据权利要求7所述的基于光纤取样的强光取样装置，其特征在于，所述第二固定部(301)的内壁还设置有凹凸结构。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的基于光纤取样的强光取样装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据被测激光系统的参数确定防护取样基板(1)的直径、厚度、取样空间分辨率及取样孔尺寸，并确定光纤棒(2)的尺寸；
S2、对防护取样基板(1)进行加工、抛光，然后阵列打第一过孔(11)，对第一过孔(11)进行镀膜；对光纤棒(2)和安装基座(3)进行加工；
S3、装配光纤棒(2)与安装基座(3)形成光纤取样组件；
S4、将光纤取样组件与防护取样基板(1)进行组装。
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