[發明專利]一種高能激光的陣列衰減器及其制造方法

有效

• 申請號: 201110233254.4
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102410875A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 王振寶;楊鵬翎;馮國斌;馮剛;張磊;閆燕;陳紹武
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01J1/04
• 分類號: G01J1/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種高能激光的陣列衰減器及其制造方法，尤其是一種用于高能激光的金屬陣列衰減器及其制造方法。

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在取樣衰減中石墨材料自身對入射激光的吸收率較高，一般用于對激光功率10^-5倍的高倍數衰減，難以用于10^-3倍左右中等倍數的激光功率密度衰減；此外這種衰減器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

本發明目的是是提供一種高能激光的陣列衰減器及其制造方法，可實現高能激光的中等倍數的衰減且當激光在一定的入射角度范圍斜入射時，衰減器的衰減系數基本不變。

本發明的技術解決方案是：

一種高能激光的陣列衰減器，包括前面板、后面板和若干只衰減單元，其特殊之處是：所述的衰減單元包括漫透射光學窗、激光入射孔、積分球內腔、激光出射孔；所述積分球內腔由分別設置在前面板和后面板上的兩個半球空腔扣合而成；所述激光入射孔設置在前面板上，其平行于激光入射方向且與前面板上半球空腔的最大直徑處相切；所述激光出射孔設置在后面板上，其平行于激光入射方向且與后面板上半球空腔的最大直徑處相切；所述激光入射孔和激光出射孔分別位于積分球內腔的相對兩側；所述漫透射光學窗設置在激光入射孔入口處；所述前面板和后面板的材料為金屬。

上述漫透射光學窗沿激光入射方向的前表面為光滑面，其后表面為漫透射面；所述前面板迎光面為漫反射面。

上述漫透射光學窗沿激光入射方向的前表面，其后表面均為漫透射面；所述前面板迎光面為漫反射面。

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。

上述前面板和后面板材料為鋁或銅；所述漫透射光學窗材料為石英、硅、碳化硅或二氧化硅。

上述高能激光的陣列衰減器的加工方法，包括以下步驟：

[1]對前面板、后面板毛坯進行高溫熱處理，去除材料內部的殘余應力；

[2]按照理論模擬計算得到的衰減器尺寸和表面反射率要求，加工積分球內腔和激光入射/出射孔；

[3]對積分球內腔及表面進行噴砂處理；

[4]對清潔后的積分球內腔及加工表面進行氧化處理；

[5]對前面板的激光入射面進行磨砂處理，形成漫反射面并清潔；

[6]對光學窗口進行漫透射處理，并將其安裝在前面板的激光入射孔前；

[7]將前面板和后面板整體安裝固定。