高功率/能量激光测量系统及其杂光抑制方法与流程

本发明属于激光测量技术领域，涉及一种高功率/能量激光测量系统及其杂光抑制方法。

背景技术：

在高功率/能量激光测量系统中，由于探测器（例如ccd相机）的响应能量需求和注入测量系统的激光能量存在巨大的量级差异，在万瓦/焦耳级高功率/能量激光测量系统中，该差异可达10⁹级别。为了实现注入能量与探测响应能量之间的动态范围匹配，通常会在系统中设置各类光能衰减环节，其目的在于将多余的光能管理吸收，但受限于吸收材料的性能及仪器体积（仪器内部不可能布满吸收材料），很难做到100%完全管理吸收废弃杂光，必然还有剩余的光能逃逸出来，逃逸出来的光能在测量仪器的箱体内壁漫反射，最终在测量仪器内部形成本底辐照，该本底辐照最终可经过探测光学系统进入到探测器的接收面，形成干扰源，从而降低探测的信噪比，严重的会导致系统无法正常工作。

技术实现要素：

为了解决逃逸出来的光能会在测量仪器内部形成本底辐照进而会降低探测系统的探测信噪比的技术问题，本发明提供了高功率/能量激光测量系统及其杂光抑制方法。

本发明的技术方案是：

高功率/能量激光测量系统，包括取样衰减单元、光学探测通道；取样衰减单元用于实现被测高功率/能量激光的取样及衰减；所述光学探测通道用于实现所述高功率/能量激光的参数测量；在所述光学探测通道上设置有探测靶面；

其特殊之处在于：

所述探测靶面的至少一个光学共轭位置处设置有杂光吸收体。

进一步地，所述探测靶面的所有光学共轭位置处均设置有杂光吸收体。

进一步地，还包括焦面小孔；所述焦面小孔设置在所述光学探测通道的焦面上。

进一步地，还包括剩余光吸收体，所述剩余光吸收体用于吸收经取样衰减单元衰减后的剩余光。

进一步地，所述杂光吸收体为吸收玻璃，吸收玻璃的材质根据待吸收的激光波长选用，吸收玻璃的厚度根据系统所需杂光吸收量确定。

进一步地，所述杂光吸收体的表面做毛化处理。

本发明还提供了一种高功率/能量激光测量系统的杂光抑制方法，所述高功率/能量激光测量系统包括光学探测通道；所述光学探测通道用于实现所述高功率/能量激光的参数测量；在所述光学探测通道上设置有探测靶面；

其特殊之处在于，所述杂光抑制方法为：

在所述探测靶面的至少一个光学共轭位置处设置有杂光吸收体。

进一步地，在所述探测靶面的所有光学共轭位置处均设置有杂光吸收体。

进一步地，对所述杂光吸收体的表面做毛化处理。

进一步地，在所述光学探测通道的焦面上设置焦面小孔和/或在高功率/能量激光测量系统的取样衰减单元附近设置用于吸收经取样衰减单元衰减后的剩余光的剩余光吸收体。

本发明的有益效果：

本发明可显著降低高功率/能量激光测量系统内部杂光对探测靶面的影响，大大提高高功率/能量激光测量系统的探测信噪比。

附图说明

图1是本发明的实施示意图。

附图标记说明：

1-高功率/能量激光；2-取样衰减单元；3-光学探测通道；4-焦面小孔；5-探测靶面；6-剩余光吸收体；7-能量探测通道；8-杂光吸收体；9-仪器壳体；10-时间探测通道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所提供的高功率/能量激光测量系统中的杂光抑制方法，基于激光测量系统中的像传递原理，在现有的高功率/能量激光测量系统中光学探测通道3上的探测靶面5的光学共轭位置处设置杂光吸收体8，从而降低探测靶面5的背景杂光，实现杂光抑制的目的。

如图1所示为将本发明的杂光抑制方法应用到现有的高功率/能量激光测量系统中后，所得到的新的具有杂光抑制功能的的高功率/能量激光测量系统实施例的原理示意图。该激光测量系统包括仪器壳体9，依次设置在入射的高功率/能量激光1光路上的取样衰减单元2、光学探测通道3和其它探测通道，设置在取样衰减单元2附近的剩余光吸收体6，及设置在探测靶面5的光学共轭位置处的杂光吸收体8；取样衰减单元2、光学探测通道3、剩余光吸收体6、其它探测通道、杂光吸收体8均位于仪器壳体9内；本实施例中其它探测通道为能量探测通道7和时间探测通道10，在其他实施例中，可以根据实际需求设置为相应的探测通道。

取样衰减单元2用于完成被测高功率/能量激光的取样及衰减，对于衰减后的剩余光采用剩余光吸收体6吸收，但由于剩余光并不能被剩余光吸收体6完全吸收，因而吸收后剩余的废弃光会注入到仪器壳体9，最终形成背景辐射；

光学探测通道3用于实现入射的高功率/能量激光1的参数测量，根据探测的参数多少，可以设置对应的光学探测通道数；在光学探测通道3的焦面上设置有焦面小孔4，以滤除激光测量系统中的轴外杂光，提升探测靶面5的信噪比；

杂光吸收体8设置在探测靶面5的至少一个光学共轭位置处；如图1所示，本实施例在探测靶面5的两处光学共轭外置均设置有杂光吸收体8，其中一处光学共轭位置在取样衰减单元2中第一平板玻璃21的透射光路上，另一处光学共轭位置在取样衰减单元2中第二平板玻璃22的透射光路上；

杂光吸收体8具体可采用吸收玻璃，吸收玻璃的材质根据待吸收的激光波长选用；杂光吸收体8的作用是：当背景辐射入射到杂光吸收体8上时，沿着光学探测通道3光轴方向的背景辐射将被杂光吸收体8吸收，吸收量由杂光吸收体8的厚度决定，因而可以根据需要降低的程度从《玻璃材料手册》中查找选择杂光吸收体8的厚度；从光学探测通道3光轴反方向以比较小角度入射到杂光吸收体8的背景辐射（该部分是进入光学探测通道3接收孔径的主要背景辐射）也主要被吸收，但有约4%的剩余杂光被反射出来，这些被反射出来杂光可能会进入光学探测通道3的接收孔径，即杂光吸收体8可以使背景杂光辐照降低25倍。

进一步，本实施例还可以对杂光吸收体8表面做毛化处理，这样可以使4%的剩余杂光在反射时的空间分布扩大（理论上将在空间的2π角度范围内分布），而由于光学探测通道3的接收孔径是一定的，且对于激光测量系统，光学探测通道3的接收孔径一般比较小，若按10°即0.17弧度计（实际激光测量系统中光学探测通道3的接收孔径还要更小），其占比2π弧度的份额在1/37量级，如此可进一步使得进入光学探测通道3的背景辐射降低37倍。

因此，本发明优选实施例合计可降低背景辐射25×37=925倍，即在有杂光吸收体8时，探测靶面5的共轭面上的背景辐射降低千倍量级，等效于探测靶面5上的背景辐射降低千倍量级，大大提高了高功率/能量激光测量系统的探测信噪比。

技术特征：

1.高功率/能量激光测量系统，包括取样衰减单元（2）、光学探测通道（3）；取样衰减单元（2）用于实现被测高功率/能量激光（1）的取样及衰减；所述光学探测通道（3）用于实现所述高功率/能量激光（1）的参数测量；在所述光学探测通道（3）上设置有探测靶面（5）；

其特征在于：

所述探测靶面（5）的至少一个光学共轭位置处设置有杂光吸收体（8）。

2.根据权利要求1所述的高功率/能量激光测量系统，其特征在于：所述探测靶面（5）的所有光学共轭位置处均设置有杂光吸收体（8）。

3.根据权利要求2所述的高功率/能量激光测量系统，其特征在于：还包括焦面小孔（4）；所述焦面小孔（4）设置在所述光学探测通道（3）的焦面上。

4.根据权利要求3所述的高功率/能量激光测量系统，其特征在于：还包括剩余光吸收体（6），所述剩余光吸收体（6）用于吸收经取样衰减单元（2）衰减后的剩余光。

5.根据权利要求1-4任一所述的高功率/能量激光测量系统，其特征在于：所述杂光吸收体（8）为吸收玻璃，吸收玻璃的材质根据待吸收的激光波长选用，吸收玻璃的厚度根据系统所需杂光吸收量确定。

6.根据权利要求5所述的高功率/能量激光测量系统，其特征在于：所述杂光吸收体（8）的表面做毛化处理。

7.高功率/能量激光测量系统的杂光抑制方法，所述高功率/能量激光测量系统包括光学探测通道（3）；所述光学探测通道（3）用于实现所述高功率/能量激光（1）的参数测量；在所述光学探测通道（3）上设置有探测靶面（5）；

其特征在于，所述杂光抑制方法为：

在所述探测靶面（5）的至少一个光学共轭位置处设置有杂光吸收体（8）。

8.根据权利要求7所述的高功率/能量激光测量系统的杂光抑制方法，其特征在于：在所述探测靶面（5）的所有光学共轭位置处均设置有杂光吸收体（8）。

9.根据权利要求8所述的高功率/能量激光测量系统的杂光抑制方法，其特征在于：对所述杂光吸收体（8）的表面做毛化处理。

10.根据权利要求7-9任一所述的高功率/能量激光测量系统的杂光抑制方法，其特征在于：在所述光学探测通道（3）的焦面上设置焦面小孔（4）和/或在高功率/能量激光测量系统的取样衰减单元（2）附近设置用于吸收经取样衰减单元（2）衰减后的剩余光的剩余光吸收体（6）。

技术总结
为了解决逃逸出来的光能会在测量仪器内部形成本低辐照进而会降低探测系统的探测信噪比的技术问题，本发明提供了高功率/能量激光测量系统及其杂光抑制方法。本发明在高功率/能量激光测量系统中光学探测通道的探测靶面的至少一个光学共轭位置处设置有杂光吸收体，可显著降低高功率/能量激光测量系统内部杂光对探测靶面的影响，大大提高高功率/能量激光测量系统的探测信噪比。

技术研发人员：达争尚;袁索超;董晓娜;李红光;高立民;段亚轩;陈永权
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2020.11.19
技术公布日：2021.03.23