用于大角度入射高能激光的衰减取样装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104019891 A (43)申请公布日 2014.09.03 CN 104019891 A (21)申请号 201410279528.7 (22)申请日 2014.06.20 G01J 1/04(2006.01) (71)申请人 西北核技术研究所 地址 710024 陕西省西安市灞桥区平峪路 28 号 (72)发明人 赵海川 杨鹏翎 吴勇 陈绍武 王振宝 闫燕 张磊 陶蒙蒙 武俊杰 冯国斌 (74)专利代理机构 西安文盛专利代理有限公司 61100 代理人 李中群 (54) 发明名称 用于大角度入射高能激光的衰减取样装置 (57) 摘要 本发明公开了一种用于大角度。

2、入射高能激光 的衰减取样装置， 包括前面板、 衰减单元和后面 板， 前面板上设置有激光入射的取样直孔， 后面板 上设置有激光出射孔， 衰减单元包括前透射窗、 后 透射窗和与圆柱空腔， 圆柱空腔与取样直孔、 激光 出射孔同轴设置， 圆柱空腔内填充有颗粒状的光 学体散射材料。 激光经过取样孔耦合进衰减单元， 经内壁及材料吸收和体散射后由激光出射孔射 出， 可以将光束能量在较大范围内的空间中重新 分布， 并具有匀化效果， 同时实现激光斜入射时的 大角度衰减取样， 且可以满足激光功率密度的大 幅衰减， 并可用于高空间分辨的光强探测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3。

3、 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104019891 A CN 104019891 A 1/1 页 2 1. 一种用于大角度入射高能激光的衰减取样装置， 其特征在于 ： 包括沿激光入射方向 依次设置的前面板 (1)、 衰减单元和后面板 (2)， 所述的前面板 (1) 上设置有激光入射的取 样直孔 (6)， 后面板 (2) 上设置有激光出射孔 (7)， 所述的衰减单元包括前透射窗 (3)、 后透 射窗 (9) 和与圆柱空腔 (4)， 所述的前透射窗 (3) 紧贴取样直孔 (6) 设置， 后透射窗 (9。

4、) 紧 贴激光出射孔(7)设置， 所述的圆柱空腔(4)与取样直孔(6)、 激光出射孔(7)同轴设置， 所 述的圆柱空腔 (4) 内填充有颗粒状的光学体散射材料 (5)。 2. 根据权利要求 1 所述的用于大角度入射高能激光的衰减取样装置， 其特征在于 ： 所 述前透射窗 (3) 和后透射窗 (9) 的材料均为石英、 硅或碳化硅。 3. 根据权利要求 1 所述的用于大角度入射高能激光的衰减取样装置， 其特征在于 ： 所 述光学体散射材料 (5) 为石英砂或玻璃微珠。 4. 根据权利要求 1 所述的用于大角度入射高能激光的衰减取样装置， 其特征在于 ： 所 述前面板 (1) 和后面板 (2) 的材。

5、料为石墨、 铝或铜。 5. 根据权利要求 1 所述的用于大角度入射高能激光的衰减取样装置， 其特征在于 ： 所 述前面板 (1) 的迎光面为漫反射面。 权 利 要 求 书 CN 104019891 A 2 1/3 页 3 用于大角度入射高能激光的衰减取样装置 技术领域 0001 本发明涉及一种高能激光大角度测量的方法， 尤其是一种利用体散射材料进行高 能激光大角度衰减取样的装置。 背景技术 0002 在高能激光参数测量中， 经常采用光电探测器阵列取样方法来获取激光光斑功率 密度时空分布信息。由于测试位置处的激光功率密度一般都较高， 直接利用光电探测器阵 列进行测量存在较大难度， 因此在实际测试。

6、中需要对被测的激光功率密度进行合理的衰减 以满足光电探测器的量程范围。 0003 经大气传输后的远场激光， 通常以一定角度入射光电探测器阵列， 由于大气传输 的不确定性及高能激光使用方式的多样性， 因此必须同时保证在较大入射角范围内， 光电 探测器能正常工作。 0004 为保证探测器阵列具有较大的视场角， 目前常用的方法为在探测器金属前面 板上进行倒角， 形成具有一定角度的锥孔， 增大探测器取样通道的视场角， 如申请号为 201110231864.0 的中国专利 “一种高能激光半积分球阵列衰减器” ( 见图 1)， 视场角与倒 角角度成一定的线性关系， 通过增大取样板表面倒角的角度来增大整个探。

7、测装置的取样角 度。这种处理方式存在的问题是在需要承受强激光辐照的前面板上掏空一个大角度的锥 孔， 尤其对于面阵结构探测而言， 意味着前面板的质量减小， 吸热的能力降低， 故削弱了前 面板的抗激光损伤能力， 使得探测器阵列用于高功率激光能量测量时易被损伤， 且倒角角 度越大， 抗激光损伤能力越差， 故难以用于斜入射时激光光强衰减及参数测量。此外， 倒角 的存在增大了探测器阵列之间的距离， 降低了探测器阵列空间分辨力， 限制了这种方法的 应用范围。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是提供一种高能激光的大角度探测方法， 可以实现高 能激光功率密度的大角度探测， 且具有较强的抗激光损伤能。

8、力。 0006 为解决上述技术问题， 本发明的基本构思是 ： 0007 用于大角度入射高能激光的衰减取样装置， 包括沿激光入射方向依次设置的前面 板、 衰减单元和后面板， 前面板上设置有激光入射的取样直孔， 后面板上设置有激光出射 孔， 衰减单元包括前透射窗、 后透射窗和与圆柱空腔， 前透射窗紧贴取样直孔设置， 后透射 窗紧贴激光出射孔设置， 圆柱空腔与取样直孔、 激光出射孔同轴设置， 圆柱空腔内填充有颗 粒状的光学体散射材料。 0008 上述用于大角度入射高能激光的衰减取样装置中， 前透射窗和后透射窗的材料为 石英、 硅或碳化硅。 0009 上述用于大角度入射高能激光的衰减取样装置中， 光学。

9、体散射材料为石英砂或玻 璃微珠。 说 明 书 CN 104019891 A 3 2/3 页 4 0010 上述用于大角度入射高能激光的衰减取样装置中， 前面板和后面板的材料为石 墨、 铝或铜。 0011 上述用于大角度入射高能激光的衰减取样装置中， 前面板的迎光面为漫反射面。 0012 本发明具有的有益效果有 ： 0013 1、 本发明衰减取样装置中， 激光经过取样孔耦合进衰减单元， 经内壁及材料吸收 和体散射后由激光出射孔射出， 可以将光束能量在较大范围内的空间中重新分布， 并具有 匀化效果， 同时保证了取样直孔具有较好的角度特性， 实现激光斜入射时的大角度衰减取 样， 且可以满足激光功率密。

10、度的大幅衰减 ； 同时取样直孔无需在前面板上进行大范围、 大角 度锥孔的掏空， 从而提高了前面板的抗激光辐照能力， 并可用于高空间分辨的光强探测。 0014 2、 本发明衰减取样装置中， 在取样孔处设置有漫透射光学窗， 使得经过光学窗的 激光再耦合进后续单元， 且对光束起到匀化作用， 进一步改善了衰减器的入射角度特性。 0015 3、 本发明衰减取样装置中的前面板表面采用漫反射处理， 提高了表面反射率， 同 时防止了反射的高能激光损坏光路上的其它元器件 ； 0016 4、 本发明在前后面板的两侧设计定位用的固定螺钉孔， 确保了两块面板上大角度 取样孔和半积分球空腔的安装精度， 最终确保了取样单。

11、元衰减系数的一致性。 附图说明 0017 图 1 为现有专利 “一种高能激光半积分球阵列衰减器” 原理示意图。 0018 图 2 为本发明衰减取样装置单元结构示意图。 0019 图 3 为本发明衰减取样装置单元入射光散射原理示意图。 0020 图 4 为本发明衰减取样装置单元原理验证实验结果。 0021 图 5 为本发明衰减取样装置阵列结构示意图。 0022 其中 ： 1前面板 ； 2后面板 ； 3前透射窗 ； 4圆柱空腔 ； 5体散射材料 ； 6 取样直孔 ； 7激光出射孔 ； 8固定螺钉孔 ； 9后透射窗。 具体实施方式 0023 如图 2 所示， 本发明的衰减取样装置， 包括沿激光入射方。

12、向依次设置的前面板 1、 衰减单元和后面板 2， 前面板 1 上加工有取样直孔 6， 后面板 2 上设置有激光出射孔 7， 所述 的衰减单元包括前透射窗 3、 后透射窗 9 和与圆柱空腔 4， 所述的前透射窗 3 紧贴取样直孔 6 设置， 后透射窗 9 紧贴激光出射孔 7 设置， 所述的圆柱空腔 4 与取样直孔 6、 激光出射孔 7 同轴设置， 所述的圆柱空腔4内填充有颗粒状的光学体散射材料5。 前后面板上分别设置有 前透射窗 3 和后透射窗 9， 将两块面板叠加在一起， 使得取样衰减单元和激光出射孔 7 形成 一个整体。 0024 应用中激光沿图3中箭头的方向从取样直孔6耦合进衰减取样单元，。

13、 当圆柱空腔4 内无填充时， 不同入射光线在内壁反射不同的次数， 内壁会吸收和散射大量能量， 导致取样 孔角度特性难以满足要求。而填充漫反射材料后， 由于散射光强在空间中分布符合朗伯余 弦定律， 即I()I0cos()， 通过散射可以将光束能量在较大范围内的空间中重新分布， 并具有匀化效果， 如图 3 所示， 此时不同方向的入射光线经散射体作用后， 在空间中发散继 续传播， 无论入射角度如何， 都会经过多次的内壁反射， 有效减弱了内壁对光场的吸收发散 说 明 书 CN 104019891 A 4 3/3 页 5 作用随角度变化的不同， 保证了取样孔具有较好的角度特性， 实现激光斜入射时的大角度。

14、 衰减取样， 且可以满足激光功率密度的大幅衰减。 0025 图3中， 入射激光经过体散射材料5的多次反射和吸收， 最后只有小部分光从激光 出射孔 7 射出， 实现对强激光功率密度的衰减， 这里仅画出最初的数条光线予以说明。漫透 射窗口用来封装体散射材料和对入射光束进行匀化， 进一步增强角度特性。由于窗口漫透 射和填充体散射材料的散射特性， 使得整个衰减单元在激光较大入射角范围内衰减系数变 化较小， 如图 4 所示， 并可以通过标定进行修正， 使得衰减单元可满足在一定角度范围内的 激光斜入射， 从而实现其衰减取样和光强探测。 同时由于采用取样直孔结构， 避免了大角度 锥孔对前面板的掏空， 从而提。

15、高了前面板的抗激光辐照能力， 并可用于高空间分辨的光强 探测。 0026 前面板 1 和后面板 2 材料可以是石墨、 铝或铜， 为了增加前面板 1 的抗激光辐照 能力， 同时防止镜面反射后的高能激光损坏光路上的其它元器件， 对前面板 1 的激光入射 表面也进行了漫反射处理 ； 体散射材料 5 可以为石英砂、 玻璃微珠或其它材料的不规则颗 粒 ； 透射窗 3、 9 选用对该波长的激光高透的材料如石英、 硅或碳化硅制成， 透射窗的前后两 个面均进行漫透射处理， 这样以来无论是正入射的激光或斜入射的激光经过透射窗后多角 度耦合进探测光路， 由于装置综合了漫透射光学窗的漫透射效果以及体散射材料的散射特 性， 可以实现在较大入射角范围内的衰减取样。 0027 如图 5 所示， 在大面积面板上加工有多只上述的大角度衰减取样单元， 则可以实 现对大面积激光束的光强探测， 为了保证两块面板上大角度取样孔的安装精度， 在面板的 两侧设计定位用的固定螺钉孔 8， 以确保位置精度和取样衰减系数的一致性。 说 明 书 CN 104019891 A 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104019891 A 6 2/3 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104019891 A 7 3/3 页 8 图 5 说 明 书 附 图 CN 104019891 A 8 。