CN111208643A - 高功率激光衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高功率激光测试技术领域，公开了一种高功率激光衰减器，包括：分光镜片和吸光组件，所述吸光组件包括散射镜、扩束镜筒、吸光体以及水冷套筒，所述散射镜安装于所述扩束镜筒的内部，所述扩束镜筒与所述水冷套筒活动连接，所述水冷套筒套设于所述吸光体的外壁；高功率激光入射至所述分光镜片分成透射光和反射光，所述透射光或者所述反射光入射至所述散射镜。本发明提供的高功率激光衰减器，将常规的直接机械吸收激光的方式转化为二级衰减方式，有效解决了高功率激光的热效应问题，同时结构简单，体积紧凑，使用安全，大幅度降低了高功率激光器的测试成本。

Description

高功率激光衰减器

技术领域

本发明涉及高功率激光测试技术领域，特别是涉及一种高功率激光衰减器。

背景技术

在激光器的使用过程中，需要对激光的光束质量、功率密度等指标进行测试分析。随着激光器技术的快速发展，激光功率在不断提高，而用于测试激光的CCD相机以及光功率计等器件，往往无法承受很大的功率密度。因此需要在激光器和测试设备之间加入衰减器，以保证测试设备能正常运行。

目前，用于高功率激光光束测试的衰减器有两类衰减方案：多级衰减和偏振衰减。多级衰减方案通过多级衰减片来承受高功率激光的热效应，并通过散热片进行自然冷却。该种方案对不同波长、偏振的激光衰减能力一致，但是当激光功率达到数千瓦乃至万瓦级时，需要加更多的衰减片来共同分担热效应，会造成设备结构复杂，体积庞大，成本高昂。偏振衰减一般采用棱镜类偏振器，衰减系数可以通过旋转偏振器的方式进行调整，但对出射的高强光的处理并没有采取有效吸收措施，从现有技术得知，出射的高强光主要是直接照射到外壳侧面或者是与外壳面相连的壳体平面，该方式容易造成外壳热效应聚集，内腔温度过高，热透镜效应明显，造成内置光学器件损坏。

发明内容

本发明实施例提供一种高功率激光衰减器，用以解决或部分解决现有高功率激光衰减器在使用过程中易造成内置光学器件损坏的问题。

本发明实施例提供一种高功率激光衰减器，包括：分光镜片和吸光组件，所述吸光组件包括散射镜、扩束镜筒、吸光体以及水冷套筒，所述散射镜安装于所述扩束镜筒的内部，所述扩束镜筒与所述水冷套筒活动连接，所述水冷套筒套设于所述吸光体的外壁；

高功率激光入射至所述分光镜片分成透射光和反射光，所述透射光或者所述反射光入射至所述散射镜。

在上述技术方案的基础上，所述高功率激光衰减器还包括用于把发散光变为准直光的输入端组件。

在上述技术方案的基础上，所述输入端组件包括第一光阑和准直透镜组。

在上述技术方案的基础上，所述高功率激光衰减器还包括用于输出聚焦激光或者准直激光的输出端组件。

在上述技术方案的基础上，所述输出端组件包括第二光阑和聚焦透镜组，或者所述输出端组件包括第三光阑和窗片。

在上述技术方案的基础上，所述高功率激光衰减器还包括用于获取温度、湿度以及散射光强度的监控组件。

在上述技术方案的基础上，所述吸光体包括内腔呈圆锥面状的第一本体，所述第一本体的外壁连接有呈梯形状的第一散热翅片。

在上述技术方案的基础上，第一本体由高导热材料制备。

在上述技术方案的基础上，所述吸光体包括内腔呈梯形面状的第二本体，所述第二本体的外壁连接有呈矩形状的第二散热翅片。

在上述技术方案的基础上，所述吸光体包括内腔呈圆柱面状的第三本体，且所述内腔的底部呈半球面状，所述第三本体的外壁连接有呈扇形状的第三散热翅片。

本发明实施例提供的一种高功率激光衰减器，高功率激光通过分光镜片后大部分进入到吸光组件中，少部分会透过分光镜片进入到输出端组件，入射到吸光组件的高功率激光，首先通过散射镜扩束，扩束后的激光的功率密度降低，然后激光进入吸光体的内腔，经过多次反射之后，被吸光体吸收，吸收光后吸光体的温度由水冷套筒内部的冷却循环水来降低。本发明实施例提供的高功率激光衰减器，将常规的直接机械吸收激光的方式转化为二级衰减方式，有效解决了高功率激光的热效应问题，同时结构简单，体积紧凑，使用安全，大幅度降低了高功率激光器的测试成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种高功率激光衰减器的结构示意图；

图2为本发明实施例的另一种高功率激光衰减器的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种吸光体的结构示意图；

图4为图3的A-A向剖视图；

图5为本发明实施例的另一种吸光体的结构示意图；

图6为图5的B-B向剖视图；

图7为本发明实施例的又一种吸光体的结构示意图；

图8为图7的C-C向剖视图。

附图标记：

1、外壳；2、分光镜片；3、准直透镜组；4、第一光阑；5、扩束镜筒；6、散射镜；7、吸光体；8、水冷套筒；9、监控组件；10、输出端组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例的一种高功率激光衰减器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的高功率激光衰减器，包括：分光镜片2和吸光组件，吸光组件包括散射镜6、扩束镜筒5、吸光体7以及水冷套筒8，散射镜6安装于扩束镜筒5的内部，扩束镜筒5与水冷套筒8活动连接，水冷套筒8套设于吸光体7的外壁；其中，扩束镜筒5和水冷套筒8可以通过螺纹连接；

需要说明的是，散射镜6可以是一片镜片，也可以是两片及以上的透镜组。散射镜6可以由两片平凹透镜组成，起到扩束作用；散射镜6还可以是锥形透镜；

高功率激光入射至分光镜片2分成透射光和反射光，透射光或者反射光入射至散射镜6。

需要说明的是，分光镜片2与高功率激光的入射方向呈45°安装，分光镜片2上面对高功率激光的入射方向的一面镀有高反膜，高功率激光入射到分光镜片2上，绝大部分被反射到吸光组件的散射镜6上，极少部分激光透过分光镜片2；

或者，分光镜片2与高功率激光的入射方向呈45°安装，分光镜片2上面对高功率激光的入射方向的一面镀有增透膜，高功率激光入射到分光镜片2上，绝大部分激光透过分光镜片2，直接入射到吸光组件中的散射镜6上，极少部分激光经过分光镜片2反射出去。

可以理解的是，分光镜片2和高功率激光的入射方向之间可以是其他角度；分光镜片2上镀膜的一面还可以镀不同比例的半透半反膜，此时须根据具体激光器的功率来确定吸光组件的安装位置。

在本发明实施例中，高功率激光通过分光镜片2后大部分进入到吸光组件中，少部分会透过分光镜片2进入到输出端组件，入射到吸光组件的高功率激光，首先通过散射镜6扩束，扩束后的激光的功率密度降低，然后激光进入吸光体7的内腔，经过多次反射之后，被吸光体7吸收，吸收光后吸光体7的温度由水冷套筒内部的冷却循环水来降低。本发明实施例提供的高功率激光衰减器，将常规的直接机械吸收激光的方式转化为二级衰减方式，有效解决了高功率激光的热效应问题，同时结构简单，体积紧凑，使用安全，大幅度降低了高功率激光器的测试成本。

需要说明的是，吸光体7安装在水冷套筒8内部，且散射镜6安装在吸光体7前端，两者之间的距离经过设计，以保证扩束光能完全进入到吸光体7的内腔中。其中，吸光体7和水冷套筒8均为一端敞口设置的结构。

在上述实施例的基础上，高功率激光衰减器还包括用于把发散光变为准直光的输入端组件。

需要说明的是，输入端组件包括第一光阑4和准直透镜组3。

在本发明实施例中，第一光阑4可以位于准直透镜组3之前，或者第一光阑4也能位于准直透镜组3之后。其中，准直透镜组3由三片柱面透镜组成，从距离第一光阑4最近开始，依次是平凹透镜、平凸透镜以及平凸透镜。准直透镜组3可以是一片透镜，也可以是两片及以上的透镜组。准直透镜组3的设计目的是控制入射光的光斑大小，变发散光为准直光，有效缩减镜片尺寸及镜筒的体积。

在上述实施例的基础上，高功率激光衰减器还包括用于输出聚焦激光或者准直激光的输出端组件10。

需要说明的是，输出端组件10包括第二光阑和聚焦透镜组，或者输出端组件10包括第三光阑和窗片。

在本发明实施例中，聚焦透镜的数量可以是一片、两片及以上。

在上述实施例的基础上，高功率激光衰减器还包括用于获取温度、湿度以及散射光强度的监控组件9。

需要说明的是，监控组件9安装于吸光体7的内部；或者监控组件9安装于吸光体7的内部与外壳1的内腔、输出端组件10的内部以及输入端组件的内部中的一处或者多处。

例如，监控组件9安装于吸光体7的内部和外壳1的内腔；或者，监控组件9安装于吸光体7的内部、外壳1的内腔以及输出端组件10的内部；或者，监控组件9安装于吸光体7的内部、外壳1的内腔、输出端组件10的内部以及输入端组件的内部。

在本发明实施例中，监控组件9可以包括温度传感器、湿度传感器以及散射光强度传感器；散射光强度传感器用于监控装置内的散射光强度，温度传感器用于监控装置内的温度，湿度传感器用于监测装置内的湿度，以此来调节水冷套筒内冷却循环水的温度和流量等参数。其中，监控组件9安装在吸光体7的内壁的侧面上，对整个工作过程实时监控，有效保证了衰减过程中的安全性。

如图1所示，本发明实施例提供的高功率激光衰减器还包括外壳1，外壳1上相邻的三个侧面上均设置有一个通孔，沿逆时针方向依次命名为第一通孔、第二通孔以及第三通孔，第一通孔用于安装输入端组件，第二通孔用于安装吸光组件，第三通孔用于安装输出端组件；第一通孔和第三通孔的中心轴线相重合设置，分光镜片2安装于外壳1的内部，分光镜片2与准直透镜组3的轴线呈45°安装，分光镜片2上面对准直透镜组3的一面镀有高反膜，经准直后的高功率激光入射到分光镜片2上，绝大部分被反射到吸光组件中，极少部分激光透过分光镜片2进入到输出端组件10上。

如图2所示，本发明实施例提供的高功率激光衰减器还包括外壳1，外壳1上相邻的三个侧面上均设置有一个通孔，沿逆时针方向依次命名为第一通孔、第二通孔以及第三通孔，第一通孔用于安装输入端组件，第二通孔用于安装输出端组件，第三通孔用于安装吸光组件；第一通孔和第三通孔的中心轴线相重合设置，分光镜片2安装于外壳1的内部，分光镜片2与准直透镜组3的轴线呈45°安装，分光镜片2上面对准直透镜组3的一面镀有增透膜，经准直后的高功率激光入射到分光镜片2上，绝大部分激光透过分光镜片2，直接入射到吸光组件中的散射镜6上，极少部分激光经过分光镜片2反射到输出端组件10上。

本发明实例提供的高功率激光衰减器，由第一光阑4吸收包层光，准直透镜组3对激光进行准直调节，准直后的激光通过分光镜片2后大部分进入到吸光组件中，少部分透过分光镜片2进入到输出端组件10中。入射到吸光组件的高功率激光，首先通过散射镜6扩束，扩束后的激光的功率密度降低，然后激光进入吸光体7的内腔，经过多次反射之后，被吸光体7吸收，吸收光后吸光体7的温度由冷却循环水来降低。设备内安装有监控组件，对整个工作过程实时监控，有效保证了衰减过程中的安全性。上述二级衰减方案有效解决了高功率激光的热效应问题，同时结构简单，体积紧凑，使用安全，大幅度降低了高功率激光器的测试成本。

在上述实施例的基础上，如图3和图4所示，吸光体7包括内腔呈圆柱面状的第三本体，且内腔的底部呈半球面状，第三本体的外壁连接有呈扇形状的第三散热翅片。

在本发明实施例中，内腔面加工精度要求高，能对入射激光进行多次反射。第三本体的外壁设置有6个第三散热翅片，且第三散热翅片形状为扇形，增加了与冷却水的接触面积，散热效果更佳。

需要说明的是，第三本体由高导热材料制备。

在上述实施例的基础上，如图5和图6所示，吸光体7包括内腔呈圆锥面状的第一本体，第一本体的外壁连接有呈梯形状的第一散热翅片。

在本发明实施例中，吸光体7的内腔为圆锥面，对入射激光进行多次反射。第一本体的外壁设置有14个第一散热翅片，且第一散热翅片形状为梯形，增加了与冷却水的接触面积。

需要说明的是，第一本体由高导热材料制备。

在上述实施例的基础上，如图7和图8所示，吸光体7包括内腔呈梯形面状的第二本体，第二本体的外壁连接有呈矩形状的第二散热翅片。

在本发明实施例中，吸光体7的内腔为梯形面，对入射激光进行多次反射。第二本体的外壁设置有18个第二散热翅片，且第二散热翅片形状为矩形，增加了与冷却水的接触面积。

需要说明的是，第二本体由高导热材料制备。

可以理解的是，吸光体7的内腔也可以是球形、矩形等形状，散热翅片的形状和数量也可以有不同的组合方案，在此不作具体限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高功率激光衰减器，其特征在于，包括：分光镜片和吸光组件，所述吸光组件包括散射镜、扩束镜筒、吸光体以及水冷套筒，所述散射镜安装于所述扩束镜筒的内部，所述扩束镜筒与所述水冷套筒活动连接，所述水冷套筒套设于所述吸光体的外壁；

高功率激光入射至所述分光镜片分成透射光和反射光，所述透射光或者所述反射光入射至所述散射镜。

2.根据权利要求1所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述高功率激光衰减器还包括用于把发散光变为准直光的输入端组件。

3.根据权利要求2所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述输入端组件包括第一光阑和准直透镜组。

4.根据权利要求1所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述高功率激光衰减器还包括用于输出聚焦激光或者准直激光的输出端组件。

5.根据权利要求4所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述输出端组件包括第二光阑和聚焦透镜组，或者所述输出端组件包括第三光阑和窗片。

6.根据权利要求1所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述高功率激光衰减器还包括用于获取温度、湿度以及散射光强度的监控组件。

7.根据权利要求1至6任一项所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述吸光体包括内腔呈圆锥面状的第一本体，所述第一本体的外壁连接有呈梯形状的第一散热翅片。

8.根据权利要求7所述的高功率激光衰减器，其特征在于，第一本体由高导热材料制备。

9.根据权利要求1至6任一项所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述吸光体包括内腔呈梯形面状的第二本体，所述第二本体的外壁连接有呈矩形状的第二散热翅片。

10.根据权利要求1至6任一项所述的高功率激光衰减器，其特征在于，所述吸光体包括内腔呈圆柱面状的第三本体，且所述内腔的底部呈半球面状，所述第三本体的外壁连接有呈扇形状的第三散热翅片。

Images