[發(fā)明專利]強(qiáng)激光石墨光闌及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010139708.7
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN101799567A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝永杰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于強(qiáng)激光傳輸光路的光束控制元件及其制造方法。

背景技術(shù)

光闌被廣泛應(yīng)用于激光傳輸光路中，對入射光束進(jìn)行通斷控制以得到符合要求的光束直徑和光斑形狀。目前常用光闌主要由金屬材料制成，加工為圓片狀，根據(jù)需要圓片中心開有小孔，利用小孔對入射光束進(jìn)行通過與阻擋控制。另外，光闌也可由非金屬材料制成，具體材料可以為塑料、聚四氟乙烯等，此類材料主要制作軟邊光闌以減小對傳輸中光束質(zhì)量的影響。

現(xiàn)有技術(shù)在對高功率(千瓦級)和高能激光等強(qiáng)激光束進(jìn)行控制時，光闌無法耐受強(qiáng)激光束的輻照而會被損壞。隨著強(qiáng)激光技術(shù)的快速發(fā)展，強(qiáng)激光源將在科學(xué)研究和工業(yè)加工等諸多領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用，相應(yīng)對于強(qiáng)激光束傳輸中光束直徑和光斑控制提出了越來越高的要求。

目前，對于強(qiáng)激光束的應(yīng)用，通常是將現(xiàn)有金屬光闌的材料變厚，個體變大，以提高光闌耐受激光輻照破壞的能力，此種方法難以滿足功率/能量不斷提高的激光束應(yīng)用要求。同時，現(xiàn)有光闌在對激光束進(jìn)行阻擋時會產(chǎn)生反射或散射光束，在強(qiáng)激光應(yīng)用場合，會對操作人員帶來一定危險。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提出一種適用于強(qiáng)激光傳輸光路中進(jìn)行光束直徑和光斑形狀控制的石墨光闌及其制造方法，以解決現(xiàn)有光闌無法耐受強(qiáng)激光輻照，對傳輸光束質(zhì)量影響較大的技術(shù)問題。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：一種強(qiáng)激光石墨光闌，其特征在于，包括石墨體和熱沉，所述石墨體中心開有圓臺形通光孔，該通光孔的圓臺底正對入射激光光束方向；該通光孔的圓臺頂半徑為R1；所述熱沉中心開有半徑為R2的圓柱通光孔，R2大于R1，石墨體通過聯(lián)接段嵌入熱沉前端面，使熱沉包在石墨體聯(lián)接段外周。

上述方案中，所述圓臺形通光孔的圓錐角小于90°。所述熱沉內(nèi)開有循環(huán)水道連通側(cè)周的入口和出口，冷卻水從入口流入熱沉，經(jīng)循環(huán)水道從出口流出，實現(xiàn)對熱沉的冷卻散熱。

一種強(qiáng)激光石墨光闌的制造方法，其特征在于，包括下述步驟：1]采用數(shù)控車床將高純石墨加工成圓片，圓片厚度為圓片直徑的五分之一；2]在圓片中心加工圓臺形通光孔，該通光孔的圓臺底正對入射激光光束方向；該通光孔的圓臺頂半徑為R1；直徑2R1是圓片直徑的十分之一；3]在圓片圓周上加工螺紋形成聯(lián)接段，用于與熱沉進(jìn)行緊密聯(lián)接，至此，石墨體加工完畢；4]采用數(shù)控車床將純銅棒料加工成圓柱銅體；5]在銅體中心加工半徑為R2的圓柱通光孔，R2大于R1；6]在銅體前端面加工凹進(jìn)，該凹進(jìn)內(nèi)周加工螺紋，至此，熱沉加工完畢；7]將石墨體聯(lián)接段螺紋旋入熱沉前端面，使熱沉包在石墨體聯(lián)接段外周。

上述方法中，所述圓柱銅體包括熱沉內(nèi)體和外罩體，在內(nèi)體外周和外罩體內(nèi)周分別加工位置相對的循環(huán)水槽，之后將內(nèi)體和外罩體采用焊接形式封裝，使循環(huán)水槽形成循環(huán)水道。所述圓臺形通光孔的圓錐角小于90°。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：1、可以解決強(qiáng)激光束傳輸中光束直徑及光斑形狀控制的難題，保證了光闌在對強(qiáng)激光束進(jìn)行通光控制時不被輻照破壞；此光闌由高純石墨材料構(gòu)成，利用高純石墨耐高溫?zé)g(升華點高達(dá)3700℃)，易加工等優(yōu)點，提高了光闌抗激光輻照損傷能力。

2、石墨體上通光孔大小和形狀均可根據(jù)需要設(shè)計，石墨體加工簡單，易于滿足不同直徑和不同光斑形狀需求的激光束應(yīng)用要求。

3、石墨體對入射激光吸收率高(吸收率高于90％)，避免了被阻擋激光束的散射，消除了光路傳輸中的雜散光，凈化了光路，降低了對操作人員的危害；4、熱沉可有效對石墨體進(jìn)行散熱，提高石墨體耐受強(qiáng)激光輻照能力，同時可進(jìn)一步利用循環(huán)水對熱沉散熱，滿足今后更高功率/能量強(qiáng)激光束應(yīng)用；5、石墨與熱沉共同構(gòu)成強(qiáng)激光石墨光闌，其中石墨體部分易加工、造價低，長時間使用后方便單獨進(jìn)行更換，而熱沉體仍可使用，可以降低工業(yè)應(yīng)用的成本。

綜上，采用本發(fā)明設(shè)計的石墨光闌，具有耐受激光輻照破壞力強(qiáng)，對傳輸光束影響小的優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用于利用激光進(jìn)行科學(xué)研究、工業(yè)加工等的場合，實現(xiàn)對激光束直徑和光斑形狀的控制，尤其能夠滿足強(qiáng)激光傳輸控制的應(yīng)用，具有較廣泛的應(yīng)用前景和較高的經(jīng)濟(jì)價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明強(qiáng)激光石墨光闌的正視圖。

圖2是圖1的A-A剖面圖；圖3是圖1強(qiáng)激光石墨光闌的工作原理圖；圖1至圖3中：1-石墨體，2-石墨體通光孔，3-聯(lián)接段，4-熱沉，5-熱沉通光孔，6-熱沉循環(huán)水入口，7-循環(huán)水道，8-熱沉循環(huán)水出口，9-入射光束，10-出射光束。

具體實施方式