專利名稱：激光能量計的制作方法
技術領域：
本發明屬于激光檢測領域，具體涉及一種激光能量探測器。
背景技術：
在激光檢測過程中，激光能量的檢測是非常重要的部分。現有的激光能量計，較為先進的是以熱釋電器件作為熱探測器，其具有比一般熱探測器更高的響應速度和靈敏度，且僅對交變的溫度信號有響應輸出，因此非常適合作為脈沖激光輻射能量探測器件。在激光脈沖寬度小于一定值(通常為數百微秒)的情況下，其輸出信號正比于入射激光能量。但是，現有的激光能量計，僅可以測量百焦耳以下的激光能量，高出該激光能量時，其中的探測器將遭致損傷；為適應高能量密度激光的測量，已有的解決方案是在熱釋電探測器之前加上陶瓷片(參見專利ZL9721512.4，王慰平)使激光能量衰減，從而保護探測器不受損傷。此類陶瓷片衰減器，通過反射部分入射的激光能量，減弱出射能量，同時使出射的激光呈現漫射特性，降低出射激光的能量密度，從而減小激光的破壞能力。但這種方法的缺點是出射光強呈現余弦分布，也即出射光場非均勻場，因此要求探測器與陶瓷衰減片之間必須非常靠近，且探測器的面積必須大于或等于陶瓷片面積，以接收全部能量。在入射激光光束直徑較大的情況下，由于難以得到大面積的探測器，該方法即無法使用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可可以提高抗激光損傷能力，適于對高密度能量的激光進行檢測的激光能量計，該激光能量計可以使用小尺寸探測器，適用于對各種入射激光光束的檢測。
本發明提供的激光能量計，在一管狀金屬外殼中依次設有探測器、與該探測器電連接的放大器以及信號輸出單元，并在所述外殼的激光入射口和所述探測器之間，設有一陶瓷空心腔。
所述陶瓷空心腔為封閉的空心柱體，所述柱體的軸向與激光進入殼體方向平行；所述陶瓷空心腔柱體側面與金屬外殼內壁密實連接，經普通裝配連接。
上述結構的激光能量計，所述探測器的探測面大小不受限制，一般可在φ5mm～φ25mm中選擇。
上述結構的激光能量計，所述探測器可置于所述陶瓷空心腔后方任意位置。如陶瓷空心腔后方軸線上或偏離軸線的地方，距陶瓷空心腔2～30mm的任一位置。
上述結構的激光能量計，所述探測器采用鋯鈦酸鉛熱釋電器件作為傳感器。
采用上述技術方案，本發明提供的激光能量計，由于在探測器前設計了漫射式空心柱面陶瓷腔作為衰減器，使激光經過陶瓷衰減腔后出射的是均勻場，較之陶瓷板余弦分布的出射場能量密度更均勻，因而可以使用小尺寸探測器，并且可以在該均勻場中的任一位置探測，從而使激光能量計的設計技術上更可行，同時可有效避免了探測器的局部損傷問題，使本發明的激光能量計可用于高能量密度激光的測量。
圖1為本發明結構示意圖。
具體實施例方式本發明是為克服現有技術的缺點，提供一種新型的激光能量計。
本發明激光能量計結構參見圖1，該激光能量計有一管狀金屬外殼1，在該外殼1中的后部，依次裝設有探測器2、放大器3以及信號輸出單元4，并且，在該外殼1中的前部(指探測器2之前)適當距離位置，裝設有一陶瓷空心腔5。
所述陶瓷空心腔5為封閉的空心柱體，所述柱體的軸向與激光進入殼體方向平行，即陶瓷空心腔5的前表面接收從殼體1外進入的激光；并且陶瓷空心腔5柱體側面與金屬外殼1內壁密實連接。
在本發明中，所用探測器2用鋯鈦酸鉛熱釋電器件作為傳感器，探測器2通過電連接放大器3，放大器3再通過信號輸出單元4將信號輸出至一外部顯示單元或計算單元，該部分結構與連接均可以采用現有激光能量計的技術，本發明不再贅述。
本發明的探測器2，可置于陶瓷空心腔5之后任意位置，既可以置于陶瓷空心腔5中心軸線上，也可以偏離該中心軸線，因此探測器的安裝比較簡便；同時，該探測器的探測面的尺寸也不作限制，不要求使用大于陶瓷空心腔柱面面積的探測器，并且，由于經過陶瓷空心腔5后出射的激光是均勻場，從理論上說，在該均勻場中任意一點測得的數值就可以代表該均勻場的數值，因而可以使用探測面非常小的探測器，只要所得到的信號可以通過放大器3后得以輸出和顯示就可。
本發明采用漫射式空心柱面陶瓷腔作為衰減器，由于陶瓷材料本身具有的高反射率，入射激光能量的大部分直接被腔體前表面漫反射，只有少量能量進入衰減腔，同樣由于陶瓷材料的高反射率，使入射到腔內的光束在腔內通過多次漫反射后，最終形成均勻的出射光場，因此，本發明可以在其出射光場中采用取樣測量的方法測量激光能量，從而可以選擇較小面積的探測器即可滿足測量要求，避免了研制大面積探測器的技術難點和高額成本。另外，由于出射場是均勻場，較現有技術余弦分布的出射場能量密度更均勻，有效避免了局部損傷問題。
效果實驗一、激光經過不同方式衰減后出射場均勻性實驗實驗方法采用一直徑為2mm的光電探測器，測量激光(光束直徑5mm，能量25mJ)分別入射到現有陶瓷板衰減器(直徑40mm)和本發明陶瓷腔衰減器(柱面直徑40mm)后的出射光場，測量點分別為激光出射場的中心(光軸)和距離該中心8mm上、下、左、右位置，測量結果如下表1-1探測器距離衰減器出射面2mm
從表1-1數據可以看到，在距離出射場的中心光軸的不同位置，探測器測得的激光強度，陶瓷板組相對偏差為14％，而陶瓷腔組偏差僅為1.1％，這說明經過陶瓷板后的激光光場均勻性較差，而經過陶瓷腔后的激光光場均勻性較好。
表1-2探測器距離衰減器出射面10mm
從表1-2數據可以看到，在距離出射場的中心光軸的不同位置，探測器測得的激光強度，陶瓷板組相對偏差為10％，而陶瓷腔組偏差為1.4％，這說明經過陶瓷板后的激光光場均勻性較差，而經過陶瓷腔后的激光光場均勻性較好。
表1-3 探測器距離衰減器出射面30mm
從表1-3數據可以看到，在距離出射場的中心光軸的不同位置，探測器測得的激光強度，陶瓷板組相對偏差為23％，而陶瓷腔組偏差為1.1％，這說明經過陶瓷板后的激光光場均勻性較差，而經過陶瓷腔后的激光光場均勻性較好。
以上三組數據表明，激光經陶瓷板后光場的不均勻性最大超過20％，而經過本發明陶瓷腔后光場的不均勻性在1.4％之內；并且，激光經過陶瓷板后光場的不均勻性還與探測器距離衰減器出射面遠近有關，而經過陶瓷腔后光場均勻性基本保持不變(數值偏差在1.4％之內)。從而可以看出，陶瓷衰減腔的出射光均勻性明顯優于陶瓷板。
該實驗驗證了激光經過本發明設置的陶瓷衰減腔后出射的是均勻場，較之陶瓷板余弦分布的出射場能量密度更均勻，因而可以使用小尺寸探測器，并且可以在該均勻場中的任一位置探測，從而使激光能量計的設計技術上更可行，同時可有效避免了探測器的局部損傷問題。
二、抗激光損傷能力測定方法對固體激光器(波長1064nm，輸出能量800mJ，脈寬8ns)輸出光束通過透鏡匯聚，被測陶瓷空心腔沿光軸移動，在不同位置處由于光束直徑不同，而獲得不同的峰值功率密度。通過體視顯微鏡觀察激光作用后被測件表面的損傷情況。
對三個陶瓷空心腔分別測量了其可承受的峰值功率密度，結果如表2表2
說明陶瓷衰減腔可承受的峰值功率密度高于400MW/cm2，完全可用于高激光能量的測量。
權利要求
1.一種激光能量計，在一管狀金屬外殼中依次設有探測器、與該探測器電連接的放大器以及信號輸出單元，其特征在于，在所述外殼的激光入射口和所述探測器之間，設有一陶瓷空心腔。
2.根據權利要求1所述激光能量計，其特征在于，所述陶瓷空心腔為封閉的空心柱體，所述柱體的軸向與激光進入殼體方向平行。
3.根據權利要求2所述激光能量計，其特征在于，所述陶瓷空心腔柱體側面與金屬外殼內壁密實連接，經普通裝配連接。
4.根據權利要求1至3任一所述激光能量計，其特征在于，所述探測器為選自規格為φ5mm～φ25mm的任一尺寸的探測器。
5.根據權利要求1至3任一所述激光能量計，其特征在于，所述探測器置于所述陶瓷空心腔后方中心軸線上的位置。
6.根據權利要求1至3任一所述激光能量計，其特征在于，所述探測器置于所述陶瓷空心腔后方偏離中心軸線的位置。
7.根據權利要求1至3任一所述激光能量計，其特征在于，所述探測器距陶瓷空心腔的距離在2～30mm范圍的任一處。
8.根據權利要求1至3任一所述激光能量計，其特征在于，所述探測器采用鋯鈦酸鉛熱釋電器件作為傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種激光能量計，是在一管狀金屬外殼中依次設有探測器、與該探測器電連接的放大器以及信號輸出單元，并且在外殼的激光入射口和探測器之間，設有一陶瓷空心腔，該陶瓷空心腔為封閉的空心柱體，柱體的軸向與激光進入殼體方向平行。本發明由于在探測器前設計了漫射式空心柱面陶瓷腔作為衰減器，使激光經過陶瓷衰減腔后出射的是均勻場，因而可以在該均勻場中的任一位置使用小尺寸探測器探測，同時可有效避免探測器的局部損傷問題，使本發明的激光能量計可用于高能量密度激光的測量。
文檔編號G01J1/42GK1740761SQ20051010553
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月27日 優先權日2005年9月27日
發明者孫之旭, 楊在富, 馬沖, 錢煥文, 楊景庚, 王嘉睿, 馬萍 申請人:中國計量科學研究院, 中國人民解放軍軍事醫學科學院放射與輻射醫學研究所