[发明专利]强激光石墨光阑及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于强激光传输光路的光束控制元件及其制造方法。

背景技术

光阑被广泛应用于激光传输光路中，对入射光束进行通断控制以得到符合要求的光束直径和光斑形状。目前常用光阑主要由金属材料制成，加工为圆片状，根据需要圆片中心开有小孔，利用小孔对入射光束进行通过与阻挡控制。另外，光阑也可由非金属材料制成，具体材料可以为塑料、聚四氟乙烯等，此类材料主要制作软边光阑以减小对传输中光束质量的影响。

现有技术在对高功率(千瓦级)和高能激光等强激光束进行控制时，光阑无法耐受强激光束的辐照而会被损坏。随着强激光技术的快速发展，强激光源将在科学研究和工业加工等诸多领域得到越来越多的应用，相应对于强激光束传输中光束直径和光斑控制提出了越来越高的要求。

目前，对于强激光束的应用，通常是将现有金属光阑的材料变厚，个体变大，以提高光阑耐受激光辐照破坏的能力，此种方法难以满足功率/能量不断提高的激光束应用要求。同时，现有光阑在对激光束进行阻挡时会产生反射或散射光束，在强激光应用场合，会对操作人员带来一定危险。

发明内容

本发明目的是提出一种适用于强激光传输光路中进行光束直径和光斑形状控制的石墨光阑及其制造方法，以解决现有光阑无法耐受强激光辐照，对传输光束质量影响较大的技术问题。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：一种强激光石墨光阑，其特征在于，包括石墨体和热沉，所述石墨体中心开有圆台形通光孔，该通光孔的圆台底正对入射激光光束方向；该通光孔的圆台顶半径为R1；所述热沉中心开有半径为R2的圆柱通光孔，R2大于R1，石墨体通过联接段嵌入热沉前端面，使热沉包在石墨体联接段外周。

上述方案中，所述圆台形通光孔的圆锥角小于90°。所述热沉内开有循环水道连通侧周的入口和出口，冷却水从入口流入热沉，经循环水道从出口流出，实现对热沉的冷却散热。

一种强激光石墨光阑的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：1]采用数控车床将高纯石墨加工成圆片，圆片厚度为圆片直径的五分之一；2]在圆片中心加工圆台形通光孔，该通光孔的圆台底正对入射激光光束方向；该通光孔的圆台顶半径为R1；直径2R1是圆片直径的十分之一；3]在圆片圆周上加工螺纹形成联接段，用于与热沉进行紧密联接，至此，石墨体加工完毕；4]采用数控车床将纯铜棒料加工成圆柱铜体；5]在铜体中心加工半径为R2的圆柱通光孔，R2大于R1；6]在铜体前端面加工凹进，该凹进内周加工螺纹，至此，热沉加工完毕；7]将石墨体联接段螺纹旋入热沉前端面，使热沉包在石墨体联接段外周。

上述方法中，所述圆柱铜体包括热沉内体和外罩体，在内体外周和外罩体内周分别加工位置相对的循环水槽，之后将内体和外罩体采用焊接形式封装，使循环水槽形成循环水道。所述圆台形通光孔的圆锥角小于90°。

与现有技术相比，本发明的优点是：1、可以解决强激光束传输中光束直径及光斑形状控制的难题，保证了光阑在对强激光束进行通光控制时不被辐照破坏；此光阑由高纯石墨材料构成，利用高纯石墨耐高温烧蚀(升华点高达3700℃)，易加工等优点，提高了光阑抗激光辐照损伤能力。

2、石墨体上通光孔大小和形状均可根据需要设计，石墨体加工简单，易于满足不同直径和不同光斑形状需求的激光束应用要求。

3、石墨体对入射激光吸收率高(吸收率高于90％)，避免了被阻挡激光束的散射，消除了光路传输中的杂散光，净化了光路，降低了对操作人员的危害；4、热沉可有效对石墨体进行散热，提高石墨体耐受强激光辐照能力，同时可进一步利用循环水对热沉散热，满足今后更高功率/能量强激光束应用；5、石墨与热沉共同构成强激光石墨光阑，其中石墨体部分易加工、造价低，长时间使用后方便单独进行更换，而热沉体仍可使用，可以降低工业应用的成本。

综上，采用本发明设计的石墨光阑，具有耐受激光辐照破坏力强，对传输光束影响小的优点，可以广泛应用于利用激光进行科学研究、工业加工等的场合，实现对激光束直径和光斑形状的控制，尤其能够满足强激光传输控制的应用，具有较广泛的应用前景和较高的经济价值。

附图说明

图1是本发明强激光石墨光阑的正视图。

图2是图1的A-A剖面图；图3是图1强激光石墨光阑的工作原理图；图1至图3中：1-石墨体，2-石墨体通光孔，3-联接段，4-热沉，5-热沉通光孔，6-热沉循环水入口，7-循环水道，8-热沉循环水出口，9-入射光束，10-出射光束。

具体实施方式