[发明专利]一种高能激光全吸收能量测量装置

说明书

技术领域

本发明属于高能激光能量测量领域，具体涉及一种高能激光全吸收能量测量装置。

背景技术

近年来高能激光的研究工作发展迅速，对高能激光功率和能量等参数的测量精度要求越来越高。传统的高能激光能量测量装置的吸收体体积和质量较大，激光通常只能覆盖一个较小的区域，造成吸收体表面温升很高，并且吸收体上会长时间存在较大温度梯度，这给吸收体温度的准确测量、材料的比热和温度传感器的响应度的确定带来了巨大的困难，由于这个传热过程比较缓慢，整个吸收体完全达到热平衡的时间较长，这期间吸收体的热损失也会对测量准确度造成较大影响。名称为《石墨锥型高能激光全吸收能量计设计》的文章(魏继锋等，中国激光，2015，42(2))，提出了一种利用多个分立的热电偶传感器测量吸收体温升的方法，通过对热电偶的间距以及在吸收体中的深度加以控制，来获取吸收体上每一小部分的平均温度，从而达到对比热和传感器响应度修正的目的。该方法可以通过大幅增加温度传感器数量的方法降低吸收体上温度梯度对测量准确度的影响，但是无法减少热平衡时间，并且需要设置大量的温度传感器，对结构和工艺的设计要求较高，另外对降低吸收体表面温升的效果也有限。为了降低吸收体表面的功率密度，减小吸收体内部的温度梯度，在中国发明专利(授权公告号ZL201310421058.9)公开了一种阶梯锥高能激光全吸收能量测量装置，该装置利用一个喷砂镀金的阶梯锥将入射激光散射到整个吸收体内部，尽管可以大幅提高测量装置的抗激光损伤阈值，但是会相应的增加从出口逸出激光的比例，热平衡时间也会比较长，另外该发明对激光束的尺寸要求也较高，只适应于特定尺寸的光束。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高能激光全吸收能量测量装置。

本发明的高能激光全吸收能量测量装置，其特点是，包括外壳、前镀金反射板、连接杆、隔热体、系统框架、连接环、吸收体、温度传感器、后镀金反射板、反射锥、反射锥固定盘、数据采集部件、V型槽Ⅰ、V型槽Ⅱ；

反射锥：用于将入射的激光束发散，由锥面与柱面交替组成的阶梯状锥体，每组锥体包括一个锥面与一个柱面，锥面表面积为一组锥体中锥面的环带面积，外表面镀金，构成镜面反射面；

吸收体：用于吸收激光能量，以及布置传感器进行温度测量的场所，由内侧带V型槽的环带型结构单元拼接而成，环带型结构单元的质量为内侧带V型槽的分立环带的质量；V型槽包括V型槽Ⅰ、V型槽Ⅱ，V型槽Ⅱ为环带型结构单元内侧正中大的V型槽，V型槽Ⅰ为大的V型槽两旁小的V型槽；吸收体上的环带型结构单元的质量之比与反射锥上对应的锥面表面积之比的数值相等；

连接环：用于连接分段式的环带型吸收体；

前镀金反射板：用于反射激光，减少高能激光从高能激光全吸收能量测量装置入口处的溢出；

后镀金反射板：用于反射激光，防止高能激光从高能激光全吸收能量测量装置端部溢出；

隔热体：用于阻隔吸收体内热量向外部扩散；

系统框架：用于连接或支撑高能激光全吸收能量测量装置的框架；

反射锥固定盘：用于将反射锥固定在系统框架上；

连接杆：用于将隔热体、连接环与系统框架进行连接；

外壳：用于高能激光全吸收能量测量装置外部的防护与包装；

温度传感器：粘接在吸收体表面上，用于测量吸收体上环带型结构单元的温升；

数据采集部件：用于完成温度信号的采集，以及能量数据的统计处理；

吸收体、连接环、前镀金反射板、后镀金反射板与反射锥组成一个吸收高能激光的吸收腔；

反射锥上所有的锥面锥角为45°,反射锥上的锥面数量与吸收体上的环带型结构单元的数量相等，每个锥面与一个环带型结构单元相对应，每个环带型结构单元内侧的V型槽顶角与对应的锥面母线中点的连线与锥面母线的夹角为45°；

所述的高能激光全吸收能量测量装置的连接关系为：反射锥通过反射锥固定盘，固定在系统框架上，环带型结构单元通过连接环拼接成吸收体，前镀金反射板与后镀金反射板分别固定在吸收体前后两端，隔热体固定在吸收体外表面上，连接杆将隔热体、连接环与系统框架固定成一个整体，外壳固定在系统框架上。

所述的吸收体上的环带型结构单元的质量之比与反射锥上对应的锥面表面积之比相等。

所述的吸收体环带内侧V型槽夹角范围为30°～60°。

所述的反射锥采用紫铜铸造而成。

所述的反射锥外表面镀金的镀层厚度为5μm～10μm。