[發明專利]用于高功率緊湊式終端光學系統的雜散光管控系統及管控方法

在審

• 申請號: 202010624816.7
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111665623A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 朱德燕;李平;王芳;彭志濤;馮斌
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02F1/35
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明屬于高功率激光裝置光學系統領域，公開了一種用于高功率緊湊式終端光學系統的雜散光管控系統及管控方法，實現高功率緊湊式終端光學系統的雜散光管控系統和方法。該系統包括晶體、聚焦透鏡、光學平板元件和吸收體盒，光源依次經過晶體、聚焦透鏡后到達光學平板元件并被光學平板元件反射。本發明提出了針對高階雜散光、一階雜散光的優化設計方法，針對高通量一階雜散光提出了光束陷阱的優化設計，將高通量的一階雜散光束縛在光束陷阱中，實現了系統潔凈度從ISO5級到ISO3級的大幅提升，特別適用于高功率緊湊式終端光學系統的雜散光管控。

技術領域

本發明屬于高功率激光裝置光學系統領域，具體涉及一種基于優化的終端光學系統和雜散光管理器件參數實現高功率緊湊式終端光學系統的雜散光管控方法。

背景技術

終端光學系統(Final Optics Assembly,FOA)是高功率激光裝置的最末級，承受著裝置最高的激光能量，由倍頻晶體、聚焦透鏡、真空窗口等昂貴的透射式光學元件組成，起著諧波轉換、光束聚焦、真空隔離、碎片屏蔽等重要功能。高能激光通過FOA時，每一個透射式光學元件元件的每個表面均具有殘余反射光(雜散光)。當雜散光在終端光學元件和結構件上的通量較強時，會導致光終端系統新增數十萬顆污染粒子，降低終端光學元件壽命，限制激光裝置輸出能量。因此，避免雜散光對系統潔凈環境的惡化以及合理對雜散光進行管控，成為高功率激光裝置FOA設計、光學元件壽命和系統輸出能量提升及激光裝置安全運行的一個重要問題。

美國國家點火裝置(National Ignition Facility,NIF)包含192路FOA，是氣氛室環境下的緊湊式排布，雜散光分布密集而復雜。NIF裝置從1994年開始，歷時9年，完成其工程設計，第一次Beamlet上的集成驗證發生了光學元件的嚴重損傷，因此將FOA設定為氣氛室下的微氣量潔凈環境，并于2006年開展了FOA的第二次集成驗證，仍然暴露了大量的問題，至2007年完成系統的整體定型，并于2009年完成FOA的工程設計，但直到2017年，仍然報道發現有因為雜散光導致的終端污染以及光學元件嚴重損傷。國內神光系列裝置FOA也是緊湊式排布，曾經歷不斷設計與優化的過程。神光II升級裝置在設計之初就對雜散光進行了全面的管控設計，但直到2008年神光II升級裝置針對雜散光對光學元件的破壞，還對FOA進行了新一輪的優化設計。神光III原型裝置由于未對雜散光做吸收處理，導致雜散光入射到終端內壁，污染FOA系統，光學元件壽命大幅降低。因此，緊湊式的FOA雜散光分布復雜，雜散光導致的污染對終端光學元件的壽命和激光裝置的輸出能力提升影響重大，成為當前研究工作的重點與難點。

緊湊式FOA由于倍頻段到聚焦段距離小，互相多次作用的雜散光多且復雜。其中，高階(兩次及更多次反射的)雜散光通量較低，需要避免雜散光焦點不作用到元件和結構件上，其管控主要集中在真空窗口和屏蔽片的位姿優化設計。一階(單次反射的)雜散光具有通量高的特點，需要設計特殊的吸收體處理，其管控主要集中在基頻窗口到聚焦透鏡間距和吸收體的設計。

為了將雜散光束縛在光束陷阱中的同時避免了吸收玻璃(AB5材料)污染終端系統。

發明內容

針對上述背景技術中的問題，本發明的發明目的在于提供一種用于高功率緊湊式終端光學系統的雜散光管控方法，該方法將雜散光束縛在光束陷阱中的同時避免了吸收玻璃(AB5材料)污染終端系統。

本發明采用的技術方案如下：

一種用于高功率緊湊式終端光學系統的雜散光管控系統，所述系統包括終端光學元件沿縱向拉開排布在緊湊的距離范圍內，共八塊光學元件，集中在兩個模塊放置：頻率轉換模塊和聚焦取樣模塊。

進一步的，頻率轉換模塊由隔離窗口1、二倍頻晶體(2)、三倍頻晶體(3)、偏振勻滑晶體4組成。其靠近傳輸反射鏡，主要實現氣氛隔離、諧波轉換與偏振勻滑等功能，結構上獨立支撐。