[实用新型]一种大功率激光损耗光吸收装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及大功率激光损耗光的吸收，是一种将大功率激光损耗光吸收，防止大功率激光损耗光损伤其他元器件的装置，属于激光技术应用领域。

背景技术

大功率激光器在激光加工领域的应用越来越广泛，提高激光器的功率一直以来都是研究的重点，目前比较常用的提高激光器功率的方法有波长合束、偏振合束。由于波长合束和偏振合束存在一定的效率，不可避免的在合束过程中产生光的损耗，损耗光的效率在2％～3％。工业加工用大功率激光器的功率达几千瓦甚至上万瓦，损耗光的功率已经超过瓦级，达到十几瓦甚至几十瓦。激光的损耗是不可避免的，为了避免损耗的激光对人和激光器没的元器件造成损伤，必须对损耗光进行及时充分的接收处理。因此，设计一种对杂散光充分吸收的装置，意义重大。

通过调研发现，提高对激光吸收率的办法主要有两种，一种是改变激光接收面的表面结构，一种是在接收材料表面涂覆一层或多层针对特定波长的高吸收率的物质。

目前通过改变激光接收面的表面结构的装置主要有两种，一种是对接收面进行高粗糙度处理，使照射到接收面的激光变成朝各个方向传播的杂散光，减少原路返回的光能量。这种方法对低功率的激光器能够起到保护发光单元的作用，对大功率激光器的意义不大。

另外一种装置是通过一个比激光光斑直径更大的圆锥面来接收激光，通过激光在圆锥面内的多次反射来达到吸收体对激光充分吸收的目的。这种方法可以实现吸收体对激光的充分吸收，但这种装置适用于光斑直径较小的情况。对于激光大光斑的情况，这种装置的直径和厚度都会变的很大，与激光器体积小、重量轻的特点相冲突，不利于在激光器中的应用。

在接收材料表面增加涂覆层的办法能够有效增加材料对激光的吸收率，金属材料对激光的吸收率在10％～40％，增加了特殊涂覆层的材料对激光的吸收率可以提高到90％以上，在激光隐身材料的研究中得到广泛应用。但是对大功率的激光器，靠涂覆层来吸收可能会导致在激光器内部产生烟尘，将大大降低激光器的寿命。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述几种方案的技术缺点，提供了一种大功率激光损耗光吸收装置，该装置利用吸收器的形状来充分吸收大功率激光的损耗光，并且利用冷却液散热。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：(同权利要求)

设计一种大功率激光损耗光吸收装置，由吸收挡板和围绕在吸收挡板边缘的冷却框架组成，吸收挡板的一面作为激光辐照的吸收面，其上阵列密布不通透的锥孔，锥孔的锥度角Φ≤30°，相邻锥孔的中心间距小于锥孔的锥底面尺寸，使吸收面的激光辐照范围内没有平面存在；所述冷却框架中设有冷却液通道。所述吸收挡板为圆形或矩形；最好采用吸热快的金属材料；吸收挡板的厚度一般为8～20mm。所述锥孔为圆锥孔或多边形锥孔。

为了更好地散热，本发明也可以采用如下方案：

设计一种大功率激光损耗光吸收装置，由冷却框架和一面朝外嵌在冷却框架中的吸收挡板组成，所述吸收挡板朝外的面作为激光辐照的吸收面，其上阵列密布不通透的锥孔，锥孔的锥度角Φ≤30°，相邻锥孔的中心间距小于锥孔的锥底面尺寸，使吸收面的激光辐照范围内没有平面存在；挡板的另一面作为散热面；所述冷却框架中设有盘绕的冷却液通道。所述吸收挡板为圆形或矩形；最好采用吸热快的金属材料；吸收挡板的厚度一般为8～20mm。所述锥孔为圆锥孔或多边形锥孔。

本方案利用了锥孔多次反射的吸收原理，当损耗激光光束3垂直入射到吸收挡板1，进入锥孔4，如图1所示，由于锥底面的尺寸大于相邻两个锥孔最大的中心间距L，激光光束3的光线全部进入到锥孔4中。当锥孔的锥度角Φ＝30°时，进入到锥孔4中的激光光束3在a1处发生第一次反射，在这个过程中有40％的光被吸收挡板的材料吸收掉，60％的光被反射，在a2处发生第二次反射，有60％×40％＝24％的光被吸收掉，60％×60％＝36％的光被反射，在a3处发生第三次反射，有36％×40％＝14.4％的光被吸收掉，36％×60％＝21.6％的光被反射，在a4出发生第四次反射，有21.6％×40％＝8.64％的光被吸收掉，21.6％×60％＝12.96％的光被反射，在a5处发生第五次反射，有12.96％×40％＝5.18％的光被吸收掉，12.96％×60％＝7.78％的光被反射，在a6处发生第六次反射，有7.78％×40％＝3.11％的光被吸收掉，778％×60％＝4.67％的光被反射，被反射的光沿原路返回，激光的功率已经降到原来的10％以下，大大降低了损耗光的危害。当锥度角Φ＜30°时，损耗光在锥孔内的反射次数将大于6次，损耗光将被更多地吸收。