[发明专利]一种通用固体吸收型高能激光能量测量探头

说明书

本发明公开了一种激光能量测量装置，尤其是一种通用固体吸收型高能激光能量测量探头，属于高能激光能量测试领域；该装置包括激光吸收体、扩束锥、集光器，所述激光吸收体的上部设置有用于收集激光的集光器，该集光器的底端靠近激光吸收体的侧面处还设置有光电探测单元，该扩束锥装配于激光吸收体内以用于将激光反射至激光吸收体，还包括用于温度检测的温度检测元件；本发明通过扩束锥以及激光吸收体结构的设计有效的解决了现在高能激光能量计当中存在的强激光硬毁伤问题，同时，不仅能够解决传统结构能量逸出损失导致全吸收效率低下的问题，还可应用于实心光束、环形光束等不同光斑分布的被测激光能量测量，提高了其自身的实用性。

技术领域

本发明涉及一种激光能量测量装置，尤其是一种通用固体吸收型高能激光能量测量探头，属于高能激光能量测试领域。

背景技术

高能激光能量计一般基于量热原理实现对入射激光能量的全吸收测量，主要由能量测量探头、冷却循环系统、数据采集系统等部分组成。高能激光能量测量探头作为高能激光全吸收能量计的最核心组件，其主要功能是将被测高能激光的光能转换为热能，然后基于量热法计算获得被测高能激光的能量值。目前国内外较为主流的高能激光能量测量探头采用石墨、无氧铜、铝等作为激光的固体吸收介质，在设计过程中涉及到两个方面的技术难点：一是能量测量探头对入射激光的全吸收效率问题，由于激光入射至固体吸收介质表面时会发生反射或散射，这些反射光或散射光有一部分会在探头内部经过多次反射吸收，而剩下的部分就会从探头的入口处逃逸出去，造成激光能量的损失，这些逸出的激光能量无法被探头内部设置的温度传感器探测到，因此造成激光能量测量值偏低，全吸收效率是影响高能激光能量计测量精度的最关键要素；二是能量测量探头抗强激光损伤能力，由于高能激光具有极强的烧蚀硬毁伤能力，其超高的功率密度(W/cm2)以及能量密度(J/cm2)可轻易摧毁激光传输光路上的设备设施，因此必须通过结构或工艺设计降低入射至能量测量探头的激光功率密度及能量密度，提高其功率/能量的测试能力，才能确保能量测量探头的安全性。

专利1(ZL201310669525.X)公开了一种锥腔型高能激光全吸收能量计，其激光吸收介质采用高纯石墨，并加工制成圆锥状空腔结构，入射激光相对于圆锥腔壁来说是斜向入射，以此增加与激光接触面积，从而实现激光扩束，降低功率密度，一般适用于环形激光束，且能量较为集中于锥顶位置，所以当入射激光能量过大时仍然易于被激光烧蚀损坏；该锥腔型能量计激光入射口直径远大于光斑直径，造成部分激光与锥腔壁作用后发生后向散射从入口处逸出，对激光的全吸收效率较低，从而使得能量测量值偏小。

专利2(ZL201310421058.9)公开了一种阶梯锥高能激光全吸收能量测量装置，其利用阶梯锥作为扩束组件将入射激光漫反射至圆筒状结构的吸收体上，阶梯锥结构增加了反射体的体积便于其传导散热，降低损坏风险，然而也增加了反射体的长度，使得整个系统体积会非常庞大；由于阶梯锥的锥顶只起到密封水路通道的作用，当入射激光为实心束时极易将阶梯锥的锥体烧蚀损坏，因此该装置只能用于环形束等特定尺寸激光能量测量；同时，由于吸收体为圆筒状结构，经阶梯锥反射后的激光很容易从入口处逸出，造成能量损失，降低能量测量装置对激光的全吸收效率，导致能量测量装置的能量测量值偏小。

专利3(ZL201510656261.3)公开了一种高能激光全吸收能量测量装置，其阶梯锥采用的是锥面和柱面交替组成，并且阶梯锥表面为镀金镜面反射，阶梯锥上所有锥面锥角为45°，所以当被测激光0°正入射至能量测量装置时，激光经阶梯锥45°镜面反射后垂直入射至环带型吸收体，这时确实可以降低入口处的激光能量逸出，但是实际使用中被测激光经常无法严格的0°度入射，那么就会有较多激光经阶梯锥镜面反射后直接从入口处逸出，造成能量损失，降低能量测量装置对激光的全吸收效率，导致能量测量装置的能量测量值偏小；该设计还通过调整吸收体上厚度不一的分立环带型结构质量达到控制各部分温升的目的，使得每一分立环带吸收体均能承受相应的激光能量而避免损坏，因此需要针对被测激光束的口径、光斑内外环强度分布等因素设计相应的每个分立环带吸收体厚度、数量等，系统结构复杂，增大了能量测量装置的设计、加工难度，并且只适用于特定被测激光，不具有通用性。

发明内容