[发明专利]阈值可调的光学限幅器

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理激光实验与应用领域的激光防护的光学器件，特别涉及一种光学限幅器。

背景技术

自从激光器问世以来，随着激光技术的发展与进步，激光器的最大输出功率和激光强度越来越高，有关强激光的科学实验和技术应用逐步深入。由于强激光很容易损伤人眼、光学探测器、光学精密仪器等，为此必须采取一定的防护措施。光学限幅器就是能够达到这种防护效果的一种光学器件。光学限幅器的工作原理是：对于弱激光，它具有较高的透过率，而对于强激光，它的透过率较低，这样透过光学限幅器的激光强度被限制在某个最大值以下(不管输入激光强度有多高)，进而起到保护其后各种精密光学元件和仪器(包括人眼)的作用。这个最大透过值称为光学限幅器的限幅阈值。由于光学限幅器的独特用途，人们一直在积极努力探寻新材料和新原理(如：非线性散射、非线性吸收、非线性折射)来制作新颖的、光学性能优越的光学限幅器。但到目前为止，绝大部分成品的光学限幅器的限幅阈值为固定值，只能适用于某个特定的场合或特定的参数环境，其阈值不具有可调性。若能开发制作出限幅阈值可根据需要随时调节的光学限幅器，则其可被灵活地应用在多种场合，必将受到很大的青睐。

热透镜效应是具有较强非线性折射材料所体现出来的一种光学现象，即当高斯激光束照射到这种材料时，材料内部各处的折射率呈现非均匀，将对激光束的传播起到具有类似透镜的作用。对于具有负热透镜效应的材料，材料的折射率与激光的强度成反比，这样对于通常的高斯光束，材料对光束的传播将起到类似负透镜的作用，透射光场的光斑直径将变大。通常情况下，光斑的直径与入射激光的功率成正比(Pu，et al.，Laser self-induced thermo-optical effects ina magnetic fluid，Journal of Applied Physics，Volume 96，Page5930，2004)。若在这种材料后面放置一个孔径合适的光阑，则通过光阑的光强(或功率)并不总是与入射光强(或功率)成线性正比，其最大透过光强(或功率)将被限制住，即形成了光学限幅的效果，这个最大透过值即为限幅阈值。另外，通过改变光阑的孔径尺寸和光阑的空间相对位置，可改变最大透过光强(或功率)，进而达到改变限幅阈值的目的。但经过对现有技术文献进行检索发现，还不曾有利用材料的热透镜效应和可变光阑的组合来制作阈值可调的光学限幅器的技术。有鉴于此，开发出一种阈值可在线调节的光学限幅器具有十分重要的意义。

发明内容

本发明是要解决现有光学限幅器的阈值固定不变的技术问题，而提供一种阈值可调的光学限幅器，该光学限幅器利用较强非线性折射材料的热透镜效应以及一个孔径可变、可前后移动的光阑来实现限制透射光强(或功率)的功能，达到光学限幅的效果。

本发明的技术解决方案为：一种阈值可调的光学限幅器，包括一种非线性折射材料，一个光阑以及一个支撑封装装置；非线性折射材料和光阑置于支撑封装装置中，其中，非线性折射材料在光阑之前，入射激光束依次通过非线性折射材料和光阑，所述的光阑上具有大小可变的通光孔径；所述的光阑相对非线性折射材料的位置通过调整装置变动。

入射光为高斯光束或准高斯光束。非线性折射材料为固体、液体或气体非线性折射材料。所述的非线性折射材料的非线性折射系数为负值。支撑封装装置为中空的圆筒形、椭圆形或长方体形。支撑封装装置的底部有一导轨，光阑固定在导轨上，并在导轨上前后滑动，用以改变光阑和非线性折射材料之间的距离。

本发明的有益效果在于：与现有的技术相比，本发明利用了非线性折射材料的热透镜效应和可变光阑的组合，实现了一种阈值可调的光学限幅器，其结构简单、制作容易、成本低廉。这种光学限幅器的限幅阈值调节方便、在线、实时，可被应用在多种不同的场合，为精密光学器件(包括人眼)的安全使用提供了保障，促进了激光防护技术的提高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的工作原理示意图；

图3是本发明光学限幅器的限幅阈值可由光阑孔径调节的示意图；

图4是本发明光学限幅器的限幅阈值可由光阑位置调节的示意图；

图5是本发明实施例的透过非线性折射材料的激光光斑照片；

图6是本发明实施例的光学限幅特性实验曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。