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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(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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(shè)置有激光入射的取樣直孔，后面板上設(shè)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(shè)置，圓柱空腔內(nèi)填充有顆粒狀的光學(xué)體散射材料。激光經(jīng)過(guò)取樣孔耦合進(jìn)衰減單元，經(jīng)內(nèi)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(nèi)的空間中重新分布，并具有勻化效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)激光斜入射時(shí)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(qiáng)探測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于大角度入射高能激光的衰減取樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高能激光大角度測(cè)量的方法，尤其是一種利用體散射材料進(jìn)行高能激光大角度衰減取樣的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在高能激光參數(shù)測(cè)量中，經(jīng)常采用光電探測(cè)器陣列取樣方法來(lái)獲取激光光斑功率密度時(shí)空分布信息。由于測(cè)試位置處的激光功率密度一般都較高，直接利用光電探測(cè)器陣列進(jìn)行測(cè)量存在較大難度，因此在實(shí)際測(cè)試中需要對(duì)被測(cè)的激光功率密度進(jìn)行合理的衰減以滿足光電探測(cè)器的量程范圍。
[0003]經(jīng)大氣傳輸后的遠(yuǎn)場(chǎng)激光，通常以一定角度入射光電探測(cè)器陣列，由于大氣傳輸?shù)牟淮_定性及高能激光使用方式的多樣性，因此必須同時(shí)保證在較大入射角范圍內(nèi)，光電探測(cè)器能正常工作。
[0004]為保證探測(cè)器陣列具有較大的視場(chǎng)角，目前常用的方法為在探測(cè)器金屬前面板上進(jìn)行倒角，形成具有一定角度的錐孔，增大探測(cè)器取樣通道的視場(chǎng)角，如申請(qǐng)?zhí)枮?01110231864.0的中國(guó)專(zhuān)利“一種高能激光半積分球陣列衰減器”(見(jiàn)圖1)，視場(chǎng)角與倒角角度成一定的線性關(guān)系，通過(guò)增大取樣板表面倒角的角度來(lái)增大整個(gè)探測(cè)裝置的取樣角度。這種處理方式存在的問(wèn)題是在需要承受強(qiáng)激光輻照的前面板上掏空一個(gè)大角度的錐孔，尤其對(duì)于面陣結(jié)構(gòu)探測(cè)而言，意味著前面板的質(zhì)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(cè)器陣列用于高功率激光能量測(cè)量時(shí)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(shí)激光光強(qiáng)衰減及參數(shù)測(cè)量。此外，倒角的存在增大了探測(cè)器陣列之間的距離，降低了探測(cè)器陣列空間分辨力，限制了這種方法的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高能激光的大角度探測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)高能激光功率密度的大角度探測(cè)，且具有較強(qiáng)的抗激光損傷能力。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的基本構(gòu)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(shè)置的前面板、衰減單元和后面板，前面板上設(shè)置有激光入射的取樣直孔，后面板上設(shè)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(shè)置，后透射窗緊貼激光出射孔設(shè)置，圓柱空腔與取樣直孔、激光出射孔同軸設(shè)置，圓柱空腔內(nèi)填充有顆粒狀的光學(xué)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(xué)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(fā)明具有的有益效果有:
[0013]1、本發(fā)明衰減取樣裝置中，激光經(jīng)過(guò)取樣孔耦合進(jìn)衰減單元，經(jīng)內(nèi)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(nèi)的空間中重新分布，并具有勻化效果，同時(shí)保證了取樣直孔具有較好的角度特性，實(shí)現(xiàn)激光斜入射時(shí)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(shí)取樣直孔無(wú)需在前面板上進(jìn)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(qiáng)探測(cè)。
[0014]2、本發(fā)明衰減取樣裝置中，在取樣孔處設(shè)置有漫透射光學(xué)窗，使得經(jīng)過(guò)光學(xué)窗的激光再耦合進(jìn)后續(xù)單元，且對(duì)光束起到勻化作用，進(jìn)一步改善了衰減器的入射角度特性。
[0015]3、本發(fā)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(shí)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(fā)明在前后面板的兩側(cè)設(shè)計(jì)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(shù)的一致性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為現(xiàn)有專(zhuān)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(fā)明衰減取樣裝置單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)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(fā)明衰減取樣裝置單元原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0021]圖5為本發(fā)明衰減取樣裝置陣列結(jié)構(gòu)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(shí)施方式】
[0023]如圖2所示，本發(fā)明的衰減取樣裝置，包括沿激光入射方向依次設(shè)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(shè)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(shè)置，后透射窗9緊貼激光出射孔7設(shè)置，所述的圓柱空腔4與取樣直孔6、激光出射孔7同軸設(shè)置，所述的圓柱空腔4內(nèi)填充有顆粒狀的光學(xué)體散射材料5。前后面板上分別設(shè)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(gè)整體。
[0024]應(yīng)用中激光沿圖3中箭頭的方向從取樣直孔6耦合進(jìn)衰減取樣單元，當(dāng)圓柱空腔4內(nèi)無(wú)填充時(shí)，不同入射光線在內(nèi)壁反射不同的次數(shù)，內(nèi)壁會(huì)吸收和散射大量能量，導(dǎo)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(qiáng)在空間中分布符合朗伯余弦定律，即I ( Θ ) = 10Cos (Θ )，通過(guò)散射可以將光束能量在較大范圍內(nèi)的空間中重新分布，并具有勻化效果，如圖3所示，此時(shí)不同方向的入射光線經(jīng)散射體作用后，在空間中發(fā)散繼續(xù)傳播，無(wú)論入射角度如何，都會(huì)經(jīng)過(guò)多次的內(nèi)壁反射，有效減弱了內(nèi)壁對(duì)光場(chǎng)的吸收發(fā)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(shí)現(xiàn)激光斜入射時(shí)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(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)激光功率密度的衰減，這里僅畫(huà)出最初的數(shù)條光線予以說(shuō)明。漫透射窗口用來(lái)封裝體散射材料和對(duì)入射光束進(jìn)行勻化，進(jìn)一步增強(qiáng)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(gè)衰減單元在激光較大入射角范圍內(nèi)衰減系數(shù)變化較小，如圖4所示，并可以通過(guò)標(biāo)定進(jìn)行修正，使得衰減單元可滿足在一定角度范圍內(nèi)的激光斜入射，從而實(shí)現(xiàn)其衰減取樣和光強(qiáng)探測(cè)。同時(shí)由于采用取樣直孔結(jié)構(gòu)，避免了大角度錐孔對(duì)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(qiáng)探測(cè)。
[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(shí)防止鏡面反射后的高能激光損壞光路上的其它元器件，對(duì)前面板I的激光入射表面也進(jìn)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(guī)則顆粒；透射窗3、9選用對(duì)該波長(zhǎng)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(gè)面均進(jìn)行漫透射處理，這樣以來(lái)無(wú)論是正入射的激光或斜入射的激光經(jīng)過(guò)透射窗后多角度耦合進(jìn)探測(cè)光路，由于裝置綜合了漫透射光學(xué)窗的漫透射效果以及體散射材料的散射特性，可以實(shí)現(xiàn)在較大入射角范圍內(nèi)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(shí)現(xiàn)對(duì)大面積激光束的光強(qiáng)探測(cè)，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(cè)設(shè)計(jì)定位用的固定螺釘孔8，以確保位置精度和取樣衰減系數(shù)的一致性。
【權(quán)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(shè)置的前面板(I)、衰減單元和后面板(2)，所述的前面板(I)上設(shè)置有激光入射的取樣直孔出)，后面板(2)上設(shè)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(shè)置，后透射窗(9)緊貼激光出射孔(7)設(shè)置，所述的圓柱空腔(4)與取樣直孔(6)、激光出射孔(7)同軸設(shè)置，所述的圓柱空腔(4)內(nèi)填充有顆粒狀的光學(xué)體散射材料(5)。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(xué)體散射材料(5)為石英砂或玻璃微珠。
4.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(hào)】G01J1/04GK104019891SQ201410279528
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)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(guó)斌 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所