專利名稱：一種高能激光半積分球陣列衰減器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高能激光的陣列衰減器，尤其是一種用于高能激光的半積分球陣列衰減器。
背景技術：
在高能激光參數測量中，經常采用光電探測器陣列取樣方法來獲取激光光斑功率密度時空分布信息。由于測試位置處的激光功率密度一般都較高，直接利用光電探測器陣列進行測量存在較大難度，因此在實際測試中需要對被測的激光功率密度進行合理的衰減以滿足光電探測器的量程范圍。理想的光學衰減方法應該與入射激光的波長、入射角度和偏振態等參數不相關，僅僅對入射激光的幅值進行相應的衰減，并且在一定范圍內衰減是線性的。目前常用的光學衰減方法主要有濾光片吸收衰減法、漫反射衰減法和光闌孔取樣法。吸收型濾光片法是在對某些光學材料摻雜或在光學材料基底上鍍制吸收膜吸收大部分入射激光，從而實現光學衰減的目的，但是在實際強激光測量中容易因為濾光片溫度過高造成損傷；漫反射衰減法是利用器件漫反射表面對入射激光進行漫反射，實現對激光功率密度的衰減，再利用探測器對反射激光進行測量，故其結構難以做到緊湊；光闌孔取樣法是在光束的截面上放置一定光闌孔，對入射激光進行小面積空間取樣，從而實現對入射激光總能量/功率的衰減，光闌孔取樣法僅僅減少了通過光闌或狹縫的激光總能量/功率，并不能實現入射激光功率密度的衰減。中國工程物理研究院2000年碩士學位論文“強快靶測量的理論分析與實驗”中公開了一種利用石墨積分球陣列實現對大面積高能激光功率密度的大倍數衰減的方法，在上下兩塊石墨板上分別加工有直徑相等的半球空腔，每只半球空腔的邊沿處垂直于石墨板處方向加工有一只激光耦合孔，試驗中將上下兩塊石墨板上疊加在一起，使得相應的半球空腔倒扣在一起形成積分球腔，且兩只激光耦合孔分別位于球腔的兩側，形成激光入射孔和激光出射孔。試驗中激光從入射孔耦合進積分球腔內，在腔內經過多次的吸收和反射后，最后只有小部分光從出射孔射出，實現對強激光功率密度的衰減。如果在大面積石墨板上加工有多只上述的積分球衰減器陣列，則可以實現對大面積激光束的衰減取樣。這種衰減器存在的問題是難以用于強激光斜入射時的參數測量，當激光以一定的角度斜入射進激光入射孔時，石墨材料的孔壁對激光吸收較高，且對應不同的入射角度時孔壁對入射激光的吸收系數差異較大，故難以用于斜入射時激光光強衰減及參數測量，限制了這種方法的應用范圍。
發明內容
本發明目的是提供一種高能激光的半積分球陣列衰減器，可實現高能激光功率密度的有效衰減，且當激光在一定入射角度范圍內斜入射時，衰減器的衰減系數變化較小，可以通過標定進行修正。
本發明的技術解決方案是—種高能激光半積分球陣列衰減器，包括前面板、后面板和若干只衰減單元，其特殊之處是所述衰減單元包括設置在前面板上的大角度取樣錐孔、設置在后面板上的半球空腔、設置在半球空腔邊沿處且垂直于后面板的激光出射孔；所述大角度取樣錐孔和半球空腔的位置一一對應，且大角度取樣錐孔和激光出射孔分別位于半積分球腔的相對兩側。上述衰減單元還包括設置在半球內腔的大口徑處的漫透射光學窗，所述漫透射光學窗材料為石英、硅、碳化硅或二氧化硅。上述前面板的迎光面為漫反射面。上述前面板和后面板的材料為石墨、鋁或銅。上述前面板和后面板的兩側均設置有定位用的固定螺釘孔。本發明具有的有益效果有1、本發明衰減器中，激光經過大角度取樣錐孔耦合進半球空腔，經半積分球腔吸收和漫反射后由激光出射孔射出，實現了激光功率密度的大幅衰減，且可以滿足激光斜入射時的衰減取樣。2、本發明衰減器中，在半積分球內腔的大口徑處設置有漫透射光學窗，使得經過光學窗的激光多角度耦合進半積分球內腔，且對光束起到勻化作用，進一步改善了衰減器的入射角度特性。3、本發明前面板激光入射表面采用漫反射處理，提高了表面反射率，同時防止了反射的高能激光損壞光路上的其它元器件；4、本發明在面板的兩側設計定位用的固定螺釘孔，確保了兩塊面板上大角度取樣孔和半積分球空腔的安裝精度，最終確保了半積分球單元衰減系數的一致性。
圖1為本發明半積分球衰減器單元結構示意圖；圖2為本發明半積分球陣列衰減器結構示意圖；圖3為本發明半積分球衰減器陣列外表面示意圖；其中1-前面板；2-后面板；3-半球內腔；4-大角度取樣錐孔；5-激光出射孔； 6-漫透射光學窗；7-固定螺釘孔；8-前面板激光入射面。
具體實施例方式
如圖1所示，在前面板1上加工有大角度取樣錐孔4，后面板2上加工有半球空腔3 和激光出射孔5，并將兩塊面板疊加在一起，使得相應的大角度取樣錐孔4和半球空腔3拼接在一起形成半積分球內腔，且大角度取樣錐孔4和激光出射孔5分別位于半球空腔3的兩側。試驗中激光沿圖1中箭頭的方向從大角度取樣錐孔4耦合進半球空腔3，在腔內經過多次的吸收和反射后，最后只有小部分光從激光出射孔5射出，實現對強激光功率密度的衰減。由于采用了大角度取樣錐孔4結構，使得衰減器可滿足在一定角度范圍內的激光斜入射。如圖2所示在大面積面板上加工有多只上述的半積分球衰減器陣列，則可以實現對大面積激光束的衰減取樣，為了保證兩塊面板上大角度取樣孔和半球空腔的安裝精度，在面板的兩側設計定位用的固定螺釘孔7，以確保半積分球單元衰減系數的一致性。
作為具體實施例的一種變化形式，可以在半積分球內腔的大口徑處設置有漫透射光學窗6，使得經過光學窗的激光多角度耦合進半球內腔3，且對光束起到勻化作用，進一步改善了衰減器的入射角度特性。漫透射光學窗6選用對該波長的激光高透的材料如石英、硅、碳化硅或二氧化硅制成，漫透射光學窗6的前后兩個面均進行漫透射處理，這樣以來無論是正入射的激光或斜入射的激光經過漫透射光學窗6后多角度耦合進半球內腔3， 由于漫透射光學窗的漫透射效果以及取樣孔的大錐角結構，使得激光在約士30°角度范圍內斜入射時，衰減器的衰減系數變化較小，并可以通過標定進行修正。前面板1和后面板2材料可以是石墨、鋁或銅，為了增加前面板1的抗激光輻照能力，同時防止鏡面反射后的高能激光損壞光路上的其它元器件，如圖3所示，對前面板1的激光入射表面也進行了漫反射處理。上述半積分球陣列衰減器在高能激光功率密度時空分布測量裝置中得到成功應用，在該測量裝置中，半積分球陣列衰減器采用硬鋁LY12材料制成，與光電探測器陣列配合完成激光功率密度時空分布的測量，最大可測量激光的斜入射角度為30°。在測量裝置中共計安裝有10X10只半積分球衰減探測單元，通過更換不同種類的探測器可以用于不同波長的高能激光光束測量。
權利要求
1.一種高能激光半積分球陣列衰減器，包括前面板、后面板和若干只衰減單元，其特征在于所述衰減單元包括設置在前面板上的大角度取樣錐孔、設置在后面板上的半球空腔、 設置在半球空腔邊沿處且垂直于后面板的激光出射孔；所述大角度取樣錐孔和半球空腔的位置一一對應，且大角度取樣錐孔和激光出射孔分別位于半積分球腔的相對兩側。
2.根據權利要求1所述的高能激光半積分球陣列衰減器，其特征在于所述衰減單元還包括設置在半球內腔的大口徑處的漫透射光學窗，所述漫透射光學窗材料為石英、硅、碳化硅或二氧化硅。
3.根據權利要求1或2所述的高能激光的陣列衰減器，其特征在于所述前面板的迎光面為漫反射面。
4.根據權利要求3所述的高能激光半積分球陣列衰減器，其特征在于所述前面板和后面板的材料為石墨、鋁或銅。
5.根據權利要求3所述的高能激光半積分球陣列衰減器，其特征在于所述前面板和后面板的兩側均設置有定位用的固定螺釘孔。
全文摘要
一種高能激光半積分球陣列衰減器，包括沿激光入射方向設置的前面板、后面板和若干只衰減單元，衰減單元包括設置在前面板上的大角度取樣錐孔、設置在后面板上的半球空腔、設置在半球空腔邊沿處且垂直于后面板的激光出射孔，大角度取樣錐孔和半球空腔的位置一一對應，且大角度取樣錐孔和激光出射孔分別位于半積分球腔的兩側。本發明衰減器中，激光經過大角度取樣錐孔耦合進半球空腔，經半積分球腔吸收和漫反射后由激光出射孔射出，實現了激光功率密度的大幅衰減，且可以滿足激光斜入射時的衰減取樣。
文檔編號G01J1/04GK102384783SQ20111023186
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年8月15日
發明者馮國斌, 葉錫生, 吳勇, 張檢民, 楊鵬翎, 武俊杰, 王振寶 申請人:西北核技術研究所