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用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置，包括前面板、衰減單元和后面板，前面板上設置有激光入射的取樣直孔，后面板上設置有激光出射孔，衰減單元包括前透射窗、后透射窗和與圓柱空腔，圓柱空腔與取樣直孔、激光出射孔同軸設置，圓柱空腔內填充有顆粒狀的光學體散射材料。激光經過取樣孔耦合進衰減單元，經內壁及材料吸收和體散射后由激光出射孔射出，可以將光束能量在較大范圍內的空間中重新分布，并具有勻化效果，同時實現激光斜入射時的大角度衰減取樣，且可以滿足激光功率密度的大幅衰減，并可用于高空間分辨的光強探測。
【專利說明】用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高能激光大角度測量的方法，尤其是一種利用體散射材料進行高能激光大角度衰減取樣的裝置。
【背景技術】
[0002]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。
[0003]經大氣傳輸后的遠場激光，通常以一定角度入射光電探測器陣列，由于大氣傳輸的不確定性及高能激光使用方式的多樣性，因此必須同時保證在較大入射角范圍內，光電探測器能正常工作。
[0004]為保證探測器陣列具有較大的視場角，目前常用的方法為在探測器金屬前面板上進行倒角，形成具有一定角度的錐孔，增大探測器取樣通道的視場角，如申請號為201110231864.0的中國專利“一種高能激光半積分球陣列衰減器”(見圖1)，視場角與倒角角度成一定的線性關系，通過增大取樣板表面倒角的角度來增大整個探測裝置的取樣角度。這種處理方式存在的問題是在需要承受強激光輻照的前面板上掏空一個大角度的錐孔，尤其對于面陣結構探測而言，意味著前面板的質量減小，吸熱的能力降低，故削弱了前面板的抗激光損傷能力，使得探測器陣列用于高功率激光能量測量時易被損傷，且倒角角度越大，抗激光損傷能力越差，故難以用于斜入射時激光光強衰減及參數測量。此外，倒角的存在增大了探測器陣列之間的距離，降低了探測器陣列空間分辨力，限制了這種方法的應用范圍。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種高能激光的大角度探測方法，可以實現高能激光功率密度的大角度探測，且具有較強的抗激光損傷能力。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的基本構思是:
[0007]用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置，包括沿激光入射方向依次設置的前面板、衰減單元和后面板，前面板上設置有激光入射的取樣直孔，后面板上設置有激光出射孔，衰減單元包括前透射窗、后透射窗和與圓柱空腔，前透射窗緊貼取樣直孔設置，后透射窗緊貼激光出射孔設置，圓柱空腔與取樣直孔、激光出射孔同軸設置，圓柱空腔內填充有顆粒狀的光學體散射材料。
[0008]上述用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置中，前透射窗和后透射窗的材料為石英、硅或碳化硅。
[0009]上述用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置中，光學體散射材料為石英砂或玻璃微珠。[0010]上述用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置中，前面板和后面板的材料為石墨、招或銅。
[0011]上述用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置中，前面板的迎光面為漫反射面。
[0012]本發明具有的有益效果有:
[0013]1、本發明衰減取樣裝置中，激光經過取樣孔耦合進衰減單元，經內壁及材料吸收和體散射后由激光出射孔射出，可以將光束能量在較大范圍內的空間中重新分布，并具有勻化效果，同時保證了取樣直孔具有較好的角度特性，實現激光斜入射時的大角度衰減取樣，且可以滿足激光功率密度的大幅衰減；同時取樣直孔無需在前面板上進行大范圍、大角度錐孔的掏空，從而提高了前面板的抗激光輻照能力，并可用于高空間分辨的光強探測。
[0014]2、本發明衰減取樣裝置中，在取樣孔處設置有漫透射光學窗，使得經過光學窗的激光再耦合進后續單元，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。
[0015]3、本發明衰減取樣裝置中的前面板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；
[0016]4、本發明在前后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，最終確保了取樣單元衰減系數的一致性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現有專利“一種高能激光半積分球陣列衰減器”原理示意圖。
[0018]圖2為本發明衰減取樣裝置單元結構示意圖。
[0019]圖3為本發明衰減取樣裝置單元入射光散射原理示意圖。
[0020]圖4為本發明衰減取樣裝置單元原理驗證實驗結果。
[0021]圖5為本發明衰減取樣裝置陣列結構示意圖。
[0022]其中:1一前面板；2—后面板；3—前透射窗；4一圓柱空腔；5—體散射材料；6—取樣直孔；7—激光出射孔；8—固定螺釘孔；9一后透射窗。
【具體實施方式】
[0023]如圖2所示，本發明的衰減取樣裝置，包括沿激光入射方向依次設置的前面板1、衰減單元和后面板2，前面板I上加工有取樣直孔6，后面板2上設置有激光出射孔7，所述的衰減單元包括前透射窗3、后透射窗9和與圓柱空腔4，所述的前透射窗3緊貼取樣直孔6設置，后透射窗9緊貼激光出射孔7設置，所述的圓柱空腔4與取樣直孔6、激光出射孔7同軸設置，所述的圓柱空腔4內填充有顆粒狀的光學體散射材料5。前后面板上分別設置有前透射窗3和后透射窗9，將兩塊面板疊加在一起，使得取樣衰減單元和激光出射孔7形成一個整體。
[0024]應用中激光沿圖3中箭頭的方向從取樣直孔6耦合進衰減取樣單元，當圓柱空腔4內無填充時，不同入射光線在內壁反射不同的次數，內壁會吸收和散射大量能量，導致取樣孔角度特性難以滿足要求。而填充漫反射材料后，由于散射光強在空間中分布符合朗伯余弦定律，即I ( Θ ) = 10Cos (Θ )，通過散射可以將光束能量在較大范圍內的空間中重新分布，并具有勻化效果，如圖3所示，此時不同方向的入射光線經散射體作用后，在空間中發散繼續傳播，無論入射角度如何，都會經過多次的內壁反射，有效減弱了內壁對光場的吸收發散作用隨角度變化的不同，保證了取樣孔具有較好的角度特性，實現激光斜入射時的大角度衰減取樣，且可以滿足激光功率密度的大幅衰減。
[0025]圖3中，入射激光經過體散射材料5的多次反射和吸收，最后只有小部分光從激光出射孔7射出，實現對強激光功率密度的衰減，這里僅畫出最初的數條光線予以說明。漫透射窗口用來封裝體散射材料和對入射光束進行勻化，進一步增強角度特性。由于窗口漫透射和填充體散射材料的散射特性，使得整個衰減單元在激光較大入射角范圍內衰減系數變化較小，如圖4所示，并可以通過標定進行修正，使得衰減單元可滿足在一定角度范圍內的激光斜入射，從而實現其衰減取樣和光強探測。同時由于采用取樣直孔結構，避免了大角度錐孔對前面板的掏空，從而提高了前面板的抗激光輻照能力，并可用于高空間分辨的光強探測。
[0026]前面板I和后面板2材料可以是石墨、鋁或銅，為了增加前面板I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，對前面板I的激光入射表面也進行了漫反射處理；體散射材料5可以為石英砂、玻璃微珠或其它材料的不規則顆粒；透射窗3、9選用對該波長的激光高透的材料如石英、硅或碳化硅制成，透射窗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透射窗后多角度耦合進探測光路，由于裝置綜合了漫透射光學窗的漫透射效果以及體散射材料的散射特性，可以實現在較大入射角范圍內的衰減取樣。
[0027]如圖5所示，在大面積面板上加工有多只上述的大角度衰減取樣單元，則可以實現對大面積激光束的光強探測，為了保證兩塊面板上大角度取樣孔的安裝精度，在面板的兩側設計定位用的固定螺釘孔8，以確保位置精度和取樣衰減系數的一致性。
【權利要求】
1.一種用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置，其特征在于:包括沿激光入射方向依次設置的前面板(I)、衰減單元和后面板(2)，所述的前面板(I)上設置有激光入射的取樣直孔出)，后面板(2)上設置有激光出射孔(7)，所述的衰減單元包括前透射窗(3)、后透射窗(9)和與圓柱空腔(4)，所述的前透射窗(3)緊貼取樣直孔(6)設置，后透射窗(9)緊貼激光出射孔(7)設置，所述的圓柱空腔(4)與取樣直孔(6)、激光出射孔(7)同軸設置，所述的圓柱空腔(4)內填充有顆粒狀的光學體散射材料(5)。
2.根據權利要求1所述的用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置，其特征在于:所述前透射窗(3)和后透射窗(9)的材料均為石英、硅或碳化硅。
3.根據權利要求1所述的用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置，其特征在于:所述光學體散射材料(5)為石英砂或玻璃微珠。
4.根據權利要求1所述的用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置，其特征在于:所述前面板(I)和后面板(2)的材料為石墨、鋁或銅。
5.根據權利要求1所述的用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置，其特征在于:所述前面板(I)的迎光面為漫反射面。
【文檔編號】G01J1/04GK104019891SQ201410279528
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】趙海川, 楊鵬翎, 吳勇, 陳紹武, 王振寶, 閆燕, 張磊, 陶蒙蒙, 武俊杰, 馮國斌 申請人:西北核技術研究所