[发明专利]一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于优化的终端光学系统和杂散光管理器件参数实现高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法，属于高功率激光装置光学系统领域。该系统包括晶体、楔形透镜、光学平板元件和吸收体盒，光源依次经过晶体、楔形透镜后到达光学平板元件并被光学平板元件反射。本发明提供技术方案不会损伤楔形透镜，不对终端光学系统产生污染；保证经过楔形透镜会聚的杂散光偏离出主光路的光束口径增大，降低杂散光通量，降低杂散光管理难度；设计的光学陷阱保证杂散光不会漏出吸收体盒，将不通过楔形透镜会聚的低通量杂散光和通过楔形透镜会聚的高通量杂散光进行管控，方案简单易行设计巧妙，特别适用于高功率终端光学系统的杂散光管控。

技术领域

本发明属于高功率激光装置光学系统领域，具体涉及一种基于优化的终端光学系统和杂散光管理器件参数实现高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法。

背景技术

终端光学系统(Final Optics Assembly,FOA)是高功率激光装置的核心子系统，由多块透射式光学元件组成，包括：晶体、楔形透镜、真空窗口、屏蔽片，起着谐波转换、谐波分离、测量取样、光束聚焦等重要功能。当高功率激光通过FOA上的透射式光学元件上时，元件的每个表面均具有残余反射，若残余反射光在终端光学元件、元件边框或金属筒壁上的通量过强时，会对光学元件造成损伤，对终端系统产生污染。因此，避免杂散光对光学元件的破坏以及合理对杂散光进行管控，成为高功率激光装置FOA的一个重要问题。

美国国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)FOA包含192路，可产生1.8MJ(3.5ns，500TW功率)351nm的激光输出，共有1344块光学元件，杂散光分布复杂。自1994年NIF完成了其概念设计后，经过集成验证，最终于2007年完成定型，但直到2017年5月，仍然报道发现有因为杂散光导致的终端污染以及光学元件损伤。国内神光系列装置FOA的设计也经历了集成验证和设计更改的过程。2008年神光II升级装置针对鬼像对光学元件的破坏，对FOA进行了优化设计。

目前，高功率终端光学系统的杂散光管控多采用优化楔形透镜后元件的角度和间距，使得其反射的一阶杂散光偏离出主光路，并在偏离出主光路位置加入一个吸收玻璃等器件来吸收的方法，用于吸收管理杂散光(乔战峰,卢兴强，赵东峰，朱宝强.神光II升级装置终端光学组件的排布设计.中国激光，2008，9(35):1328～1332)。但在高功率终端光学系统中，由于高功率杂散光经楔形透镜聚焦，在偏离出主光路处的杂散光通量过高，吸收玻璃会被高通量杂散光损伤，对终端光学系统产生污染。与此同时，还有部分杂散光会打到楔形透镜边框，对终端结构件进行辐照，产生污染。因此，传统的杂散光管控方法失效，使上述现有技术中的杂散光管控方法的应用范围受到限制。

发明内容

本发明的发明目的在于：为了克服现有杂散光管控方法无法用于高功率终端光学系统的不足，本发明提供一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统，所述系统包括沿光路方向上依次放置的晶体(5)、楔形透镜(2)、光学平板元件和吸收体盒(1)，光源依次经过晶体(5)、楔形透镜(2)后到达光学平板元件并被光学平板元件反射，其中部分反射光线未经过楔形透镜(2)会聚形成低通量杂散光直接并到达吸收体盒(1)，部分反射光线经过楔形透镜(2)会聚后形成高通量杂散光到达吸收体盒(1)；所述高通量杂散光和低通量杂散光入射到吸收体盒(1)内并被吸收体盒(1)吸收处理。

进一步的，所述光学平板元件至少包括真空窗口(3)和屏蔽片(4)，所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)在楔形透镜(2)后按一倾斜角度平行放置，且所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)与楔形透镜(2)之间相隔一定间距。