[发明专利]一种高功率激光光束取样器及高功率激光光束测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率激光光束取样器及高功率激光光束测量系统，尤其是一种应用光纤阵列对高功率激光进行取样和测量的取样器及测量系统。

背景技术

高功率激光的输出功率高达数万瓦或数十万瓦，其远场光束直径可达数十厘米，由于其破坏力较强，使得光强分布参数的测量成为一个技术难题。常用的高功率激光强度时空分布测量方法主要有机械扫描取样法和光电阵列探测法等。2001年的中国专利ZL02114633.0发明了一种基于机械扫描取样法的高功率激光光束测量取样器，采用环形光反射器将激光束反射至探测器阵列进行测量，由于取样器只对部分激光束进行取样，绝大部分激光透射，故具有承受激光辐照能力强的特点，但是在测量大光斑激光时扫描结构复杂、对实验环境有一定要求，限制了其应用范围。

2011年第7期《中国激光》“中红外激光光斑探测阵列”上公开了一种测量中红外激光光斑的光电阵列靶斑仪，采用石墨热吸收单元和光电探测器阵列实现激光参数的测量，具有原理及结构简单，能对强激光光斑分布直接测量，各探测单元之间相互独立并易于模块化集成等优点，但是该方法的不足之处在于石墨吸收单元需要吸收全部的激光能量，由于石墨材料热承受能力有限，在强激光辐照下将会出现表面退火损伤，表面吸收率发生变化，影响到多次测量的一致性，在更高功率和长时间激光辐照下，甚至出现石墨损坏，使其难以应用在更高功率和更长时间下的激光参数测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有光电阵列探测法存在承受激光辐照能力不佳，难以应用到高功率和高能量激光测量的不足，提供一种基于光纤阵列的高功率激光取样及测量方法。

本发明的技术解决方案是：

一种高功率激光光束取样器，其特殊之处在于：包括多根光纤和多个沿激光入射方向平行且层叠排布的介质平板；所述相邻介质平板间设置有多个并行排布的带圆弧过渡的L形凹槽；所述多根光纤分别设置在相应的L形凹槽内；所述光纤包括入射端和输出端，其入射端迎着激光入射方向，其输出端与取样器外部的探测器相连；所述光纤为去除涂敷层的裸光纤；所述的介质平板和光纤对激光高透射。

上述的L形凹槽横截面为V形或U型，所述光纤在L形凹槽内的高度不低于L形凹槽上沿，所述光纤被相邻的介质平板压紧固定在L形凹槽内。

上述的L形凹槽横截面为V形或U型，所述光纤在L形凹槽内的高度低于L形凹槽上沿，所述光纤的输出端固定在L形凹槽的边沿上或介质平板的侧面上。

上述的L形凹槽在介质平板工作面上为等间距排列。

上述光纤端面机械切割或抛光为整齐端面，所述光纤入射端外伸介质平板边沿的长度为1-5mm。

上述的介质平板的六个面和L形凹槽内表面抛光处理为光洁面。

上述的光纤为大数值孔径光纤。

上述的介质平板材料为石英、硅或碳化硅；所述的光纤为石英光纤、红外光纤或紫外光纤。

一种应用上述高功率激光光束取样器的高功率激光光束测量系统，其特殊之处在于：包括高功率激光光束取样器和光衰减及探测单元；所述光衰减及探测单元包括多个探测器、信号处理电路和数据采集处理单元；所述高功率激光光束取样器的光纤输出端与探测器相连；所述探测器产生的信号经信号处理电路处理后送入数据采集处理单元。

上述光衰减及探测单元包括衰减器，所述衰减器包括吸收介质膜衰减器或者光纤衰减器，其设置在光纤输出端和探测器之间。

本发明具有的有益效果有：

1、本发明的取样器和测量系统，采用对激光高透射的介质和光纤材料，将绝大部分激光透射，只对少部分光束进行取样，降低了系统承受激光辐照的要求，使其可用于高功率和高能量激光的取样和测量；同时后续的光束可以再次利用，进行激光辐照效应实验。

2、本发明中光纤采用去除涂敷层的裸光纤，取样器采用介质板叠加并压紧光纤的方法或者将光纤固定在取样器偏离激光束的位置，避免了涂覆材料或胶等有机物对激光的吸收导致取样器的损坏，大大提高了取样器的抗激光损伤阈值，使其可用于高功率和高能量激光的测量。

3、本发明采用光纤排布在介质平板上，由于光纤的芯径较小，且介质平板可以加工为薄板，薄板之间的叠加可实现空间分辨率较高的光束取样和测量。

4、本发明采用光纤作为高功率激光的取样通道，可采用光纤衰减器实现光强衰减，使得测量系统结构紧凑并可靠联接。

5、本发明采用大数值孔径光纤取样，降低了取样器和测量系统的角度敏感性，降低了取样器和激光入射方向的角度摆放要求，扩大了其适用范围。