[发明专利]一种浸入式全吸收高能激光功率能量计

说明书

本发明公开了一种浸入式全吸收高能激光功率能量计，所述的能量计含吸收腔、温度场匀化器、水流温度测量传感器、外壳、流量计、信号处理系统、电信号引线、水流输入输出管路、吸收腔固定支架、数据采集电路模块、流场整流器、窗口光学镜、固体吸收平板、筛孔型固体吸收板。本发明的吸收腔通过浸入式结构设计，将水流体和浸入在水流之中的固体吸收板共同作为激光的吸收介质，有效地结合了水流吸收型能量计和固体空腔型能量计的优势，在突破吸收体材料抗强激光损伤阈值限制的同时还重点解决了高能激光功率能量计对不同中心波长激光源的普适性问题，并利用温度场匀化器设计、精确测温技术及比热非线性补偿等手段，显著提升对大功率高能量激光的测试能力和测量准确度。

技术领域

本发明属于高能激光功率能量测量领域，具体涉及一种浸入式全吸收高能激光功率能量计，适用于高能激光功率能量全吸收测量。

背景技术

功率能量是高能激光器最关键的技术指标之一，高能激光功率能量测量能够为激光器研制过程中指标验证以及系统性能评估等方面提供最重要的参考依据。随着高能激光器技术的飞速发展以及高能激光器在国防、民用以及工业生产领域的广泛应用，激光器的功率越来越高、能量越来越大，对高能激光功率能量计的功率能量测量能力提出了更高的要求。尤其针对高能激光量热式全吸收型绝对能量测量方式，功率能量计的吸收体必须要能经受起超高功率密度、长时间的激光辐照考验。近些年，国内一些研究机构开展了针对大功率高能全吸收功率能量测量技术研究，名称为“水循环式激光能量计温度响应建模”(红外与激光工程，2012，41(6)：1494-1498)的文献以及名称为“一种阶梯锥高能激光全吸收能量测量装置”的中国专利(ZL 201310421058.9)均开展了水冷却技术在能量计中应用的研究，都是利用固体吸收腔将入射激光能量完全吸收，然后由设置于腔壁内的水循环通道对吸收腔进行水冷却，通过量热计算实现对高能激光功率能量测量；名称为“水流体吸收型全吸收高能激光能量计”(Applied Physics B：Laser and Optics，(2013)110：573-578)的文献开展了利用水流直接作为吸收介质的高能激光全吸收功率能量测量方法实现对某特定波长的高能激光功率能量测量。上述两种技术有各自的优缺点，水冷却型高能激光能量计的优点是其可测的激光波长范围宽，对于入射激光波长基本没有限制，且较之传统的固体吸收型能量计其热交换效率有一定提升，可测的功率能量上限阈值也有所提高，但是其本质上仍然是用固体材料作为吸收体，水流只是对固体材料进行冷却，因此受限于固体材料本身的物理特性以及与水流之间热交换传热机理，抗强激光损伤能力有限，多用于中等量程的高能激光功率能量测量；水流吸收型高能激光全吸收功率能量测量方法其优点是采用水流进行体吸收的方式显著提升了能量计抗激光损伤的能力，强制换热方式使热交换效率提高，因此可测的功率能量上限阈值非常高，但受限于水自身的物理特性，其对于不同波长激光的吸收率差异较大，与功率能量计吸收腔的水流层厚度设计以及热交换效率均有关系，因此目前已有的水流吸收型功率能量计一般只能针对特定波长的高能激光能量进行测量，无法满足对于不同波长范围的高能激光功率能量测量的普适性要求，与此同时受限于水流的流场特性，水流的温度场存在分布不均匀的问题，增大了温度测量的不确定度，从而影响水流吸收型功率能量计的功率能量测量准确度。

发明内容

为了实现对高能激光的功率能量测量，解决能量计抗强激光损伤问题的同时突破能量计对被测激光波长选择的局限性，提高能量测量的准确度，本发明提供了一种浸入式全吸收高能激光功率能量计。

本发明的技术方案如下：