[发明专利]用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统及管控方法

说明书

本发明属于高功率激光装置光学系统领域，公开了一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统及管控方法，实现高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统和方法。该系统包括晶体、聚焦透镜、光学平板元件和吸收体盒，光源依次经过晶体、聚焦透镜后到达光学平板元件并被光学平板元件反射。本发明提出了针对高阶杂散光、一阶杂散光的优化设计方法，针对高通量一阶杂散光提出了光束陷阱的优化设计，将高通量的一阶杂散光束缚在光束陷阱中，实现了系统洁净度从ISO5级到ISO3级的大幅提升，特别适用于高功率紧凑式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紧凑式终端光学系统的杂散光管控方法。

背景技术

终端光学系统(Final Optics Assembly,FOA)是高功率激光装置的最末级，承受着装置最高的激光能量，由倍频晶体、聚焦透镜、真空窗口等昂贵的透射式光学元件组成，起着谐波转换、光束聚焦、真空隔离、碎片屏蔽等重要功能。高能激光通过FOA时，每一个透射式光学元件元件的每个表面均具有残余反射光(杂散光)。当杂散光在终端光学元件和结构件上的通量较强时，会导致光终端系统新增数十万颗污染粒子，降低终端光学元件寿命，限制激光装置输出能量。因此，避免杂散光对系统洁净环境的恶化以及合理对杂散光进行管控，成为高功率激光装置FOA设计、光学元件寿命和系统输出能量提升及激光装置安全运行的一个重要问题。

美国国家点火装置(National Ignition Facility,NIF)包含192路FOA，是气氛室环境下的紧凑式排布，杂散光分布密集而复杂。NIF装置从1994年开始，历时9年，完成其工程设计，第一次Beamlet上的集成验证发生了光学元件的严重损伤，因此将FOA设定为气氛室下的微气量洁净环境，并于2006年开展了FOA的第二次集成验证，仍然暴露了大量的问题，至2007年完成系统的整体定型，并于2009年完成FOA的工程设计，但直到2017年，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严重损伤。国内神光系列装置FOA也是紧凑式排布，曾经历不断设计与优化的过程。神光II升级装置在设计之初就对杂散光进行了全面的管控设计，但直到2008年神光II升级装置针对杂散光对光学元件的破坏，还对FOA进行了新一轮的优化设计。神光III原型装置由于未对杂散光做吸收处理，导致杂散光入射到终端内壁，污染FOA系统，光学元件寿命大幅降低。因此，紧凑式的FOA杂散光分布复杂，杂散光导致的污染对终端光学元件的寿命和激光装置的输出能力提升影响重大，成为当前研究工作的重点与难点。

紧凑式FOA由于倍频段到聚焦段距离小，互相多次作用的杂散光多且复杂。其中，高阶(两次及更多次反射的)杂散光通量较低，需要避免杂散光焦点不作用到元件和结构件上，其管控主要集中在真空窗口和屏蔽片的位姿优化设计。一阶(单次反射的)杂散光具有通量高的特点，需要设计特殊的吸收体处理，其管控主要集中在基频窗口到聚焦透镜间距和吸收体的设计。

为了将杂散光束缚在光束陷阱中的同时避免了吸收玻璃(AB5材料)污染终端系统。

发明内容

针对上述背景技术中的问题，本发明的发明目的在于提供一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控方法，该方法将杂散光束缚在光束陷阱中的同时避免了吸收玻璃(AB5材料)污染终端系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统，所述系统包括终端光学元件沿纵向拉开排布在紧凑的距离范围内，共八块光学元件，集中在两个模块放置：频率转换模块和聚焦取样模块。

进一步的，频率转换模块由隔离窗口1、二倍频晶体(2)、三倍频晶体(3)、偏振匀滑晶体4组成。其靠近传输反射镜，主要实现气氛隔离、谐波转换与偏振匀滑等功能，结构上独立支撑。