专利名称：空间滤波器及其高能量激光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学设备技术领域，具体是一种能够防止高能量激光损坏空间滤波器。
背景技术：
在高能量激光系统中，空间滤波器是其中关键的技术单元之一，其光学结构比较简单，由一对共焦正透镜和在公共焦点处的一个小孔光阑组成。空间滤波器承担着消除激光束中的高频调制，抑制后续主放大器中的小尺度自聚焦效应，对光束进行像传递的任务。 通过空间滤波器实现像传递，可减少衍射效应，从而提高光束质量。此外，空间滤波器还被用来扩大光束口径，将能量逐级变高的激光束的能量密度控制在光学破坏阈值之下。同时， 空间滤波器的小孔光阑还具有一定的光隔离能力，有利于抑制自激振荡和反向激光束。现有技术提供的空间滤波器中窗口片111、112按如图1所示放置在滤波器腔体 110的窗口，两个窗口片111与窗口片112之间位置还设置有光阑113，窗口片111、112与入射的激光的垂直，这样放置的缺点是在入射激光的能量比较大的时候极容易损坏窗口片 111、112。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种空间滤波器，可以防止高能量的激光损坏窗口片。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种空间滤波器，其包括滤波器腔体，所述滤波器腔体沿光路入射方向的两端分别设置有第一入射窗口片和第二入射窗口片，其中，所述第一入射窗口片沿光路方向倾斜放置。优选地，所述第一入射窗口片沿光路方向倾斜的角度为90度减去所述第一窗口片的布儒斯特角θ。优选地，所述第一入射窗口片和第二入射窗口片为共焦正透镜。优选地，所述第一入射窗口片和第二入射窗口片为圆形或者方形。优选地，述滤波器腔体内还包括在所述第一入射窗口片和第二入射窗口片公共焦点处的小孔光阑。优选地，所述滤波器腔体内设置有用于调节所述第一入射窗口片转动的调节装置。优选地，所述调节装置还连接有自动控制装置。优选地，所述自动控制装置为控制连接所述转轴的继电器装置或者控制芯片。优选地，所述光是高能量激光。本发明还提供一种高能量激光系统，所述高能量激光系统包括空间滤波器，所述空间滤波器的腔体包括沿光路入射方向的两端分别设置有第一入射窗口片和第二入射窗口片，所述第一入射窗口片倾斜后使得入射光的入射角为布儒斯特角θ。
优选地，所述第一入射窗口片和第二入射窗口片为共焦正透镜；所述滤波器腔体内还包括在所述第一入射窗口片和第二入射窗口片公共焦点处的小孔光阑。实施本发明的技术方案，具有以下有益效果本发明提供的空间滤波器将装设的第一入射窗口片使沿光路方向倾斜放置，倾斜的角度为90度减去所述第一窗口片的布儒斯特角θ，增加了激光与窗口片的接触面积，降低了窗口片上激光的功率，窗口片不容易被损坏。另外，该发明提供的滤波器装置的窗口片倾斜角度使激光以布儒斯特角入射，反射光为线偏振光(这是布儒斯特角的性质)，垂直于水平面传播的光被反射掉，透射光的线偏振纯度更高。
图1为现有技术提供的空间滤波器的结构示意图；图2为本发明实施例提供的空间滤波器的结构示意图；图3(a)和图3(b)为本发明实施例提供的激光经过窗口片时的示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供一种空间滤波器，如图2所示，包括滤波器腔体210，所述腔体 210的沿着光路入射方向的两端分别设置有第一入射窗口片211和第二入射窗口片212，其中，所述第一入射窗口片211沿光路方向倾斜放置。优选地，所述窗口片211、212为共焦正透镜。如玻璃片、透明树脂片等。另外，所述窗口片211、212可以为圆形或者方形或者其他任意形状。窗口片211、212的损伤阈值用J/cm2表示，激光功率=激光能量(J)/激光面积 (cm2)，激光能量不变，增加激光面积则激光功率降低。如图3(b)所示，如果在空间滤波器中按现有技术提供的方式放置窗口片111、112，在入射激光面积为a的情况下，入射激光与窗口片接触的面积为a ；若按本实施例提供的方式设置窗口片211、212，该窗口片211、212 倾斜的角度为θ，则入射激光与窗口片211、212接触的面积为a/cos θ，这样放置增加了激光与窗口片211、212的接触面积，降低了窗口片211、212上激光的功率，窗口片211、212不容易被损坏。另外，在其他的实施例中，所述滤波器腔体210内还包括设置在所述第一入射窗口片211和第二入射窗口片212公共焦点处的小孔光阑213。优选的实施例中，所述第一入射窗口片211沿光路方向倾斜的角度为90度减去所述第一入射窗口片211的布儒斯特角θ。图3(a)和图3(b)为作为入射光的激光经过窗口片时的示意图，其中图3 (a)中 1为入射光，2为反射光，3为透射光，优选的，所述光为高能量激光。由图3(a)可看出窗口片放置时，所述第一入射窗口片211沿光路方向倾斜的角度为90度减去所述第一入射窗口片211的布儒斯特角θ。当沿着光路方向的入射光以布儒斯特角入射第一窗口片211时， 反射光与折射光垂直(这是布儒斯特角的性质)。由折射定律得到sin θ = nsin α = ncos θ
θ = arctan (η)其中η为窗口片211、212所用材料的折射率，用上式求得布儒斯特角θ，本实施例中按入射光的入射到窗口片211、212的入射角为布儒斯特角θ设置窗口片211、212在窗口的位置。入射到空间滤波器的激光通常为线偏振光，但由于进入空间滤波器前还会经过一些别的光学器件，这些光学器件会将一小部分入射激光的偏振态改变，因此入射光肯定不是完全的线偏振光，即在大多数是平行于水平面传播的光(用箭头表示)中夹杂着垂直于水平面传播的光(用点表示)，见图3(a)所示。作为入射光的激光入射到窗口片211、212 为布儒斯特角θ时，反射光为线偏振光(这是布儒斯特角的性质)，垂直于水平面传播的光被反射掉，透射光的线偏振纯度更高。另外，在该进一步的实施例中，窗口片211、212的损伤阈值用J/cm2表示，激光功率=激光能量(J)/激光面积(cm2)，激光能量不变，增加激光面积则激光功率降低。如图 3 (b)所示，如果在空间滤波器的窗口中现有技术提供的平行该腔体的侧面方式放置窗口片 (即入射光射入窗口片的入射角为90° )，在入射的激光面积为a的情况下，入射的激光与窗口片接触的面积为a ；若按本实施例提供的方式设置窗口片211、212，则入射的激光与窗口片211、212接触的面积为a/C0Se，这样放置增加了入射的激光与窗口片211、212的接触面积，降低了窗口片211、212上激光的功率，窗口片211、212才不容易被损坏。另外，在进一步的实施例中，为了便于调节所述窗口片211、212，以使该窗口片 211,212能够倾斜，并且能够达到布儒斯特角θ，也能够与所述腔体210的侧面相平行，所述滤波器腔体210内设置有用于调节所述窗口片211、212转动的调节装置。另外，在进一步的实施例中，为了实现该窗口片211、212的倾斜角度自动调节和控制所述调节装置还连接有自动控制装置。在具体的实施例中，所述调节装置为安装在所述窗口上的转轴，所述窗口片211、 212分别装设在所述转轴上。所述控制装置为控制连接所述转轴的继电器装置或者控制芯片。以实现对窗口片 211、212的角度的控制。本发明实施例还提供一种高能量激光系统，所述高能量激光系统包括空间滤波器，所述空间滤波器的腔体包括沿光路入射方向的两端分别设置有第一入射窗口片和第二入射窗口片，所述第一入射窗口片倾斜后使得入射光的入射角为布儒斯特角θ。优选地，所述第一入射窗口片和第二入射窗口片为共焦正透镜；所述滤波器腔体内还包括在所述第一入射窗口片和第二入射窗口片公共焦点处的小孔光阑。以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种空间滤波器，包括滤波器腔体，所述滤波器腔体沿光路入射方向的两端分别设置有第一入射窗口片和第二入射窗口片，其特征在于，所述第一入射窗口片沿光路方向倾斜放置。
2.如权利要求1所述空间滤波器，其特征在于，所述第一入射窗口片沿光路方向倾斜的角度为90度减去所述第一窗口片的布儒斯特角θ。
3.如权利要求1或2所述空间滤波器，其特征在于，所述第一入射窗口片和第二入射窗口片为为圆形或者方形的共焦正透镜。
4.如权利要求1所述空间滤波器，其特征在于，所述滤波器腔体内还包括在所述第一入射窗口片和第二入射窗口片公共焦点处的小孔光阑。
5.如权利要求1所述空间滤波器，其特征在于，所述滤波器腔体内设置有用于调节所述第一入射窗口片转动的调节装置。
6.如权利要求5所述空间滤波器，其特征在于，所述调节装置还连接有自动控制装置。
7.如权利要求6所述空间滤波器，其特征在于，所述自动控制装置为控制连接所述转轴的继电器装置或者控制芯片。
8.如权利要求1所述空间滤波器，其特征在于，所述光是高能量激光。
9.一种高能量激光系统，其特征在于，所述高能量激光系统包括空间滤波器，所述空间滤波器的腔体包括沿光路入射方向的两端分别设置有第一入射窗口片和第二入射窗口片， 所述第一入射窗口片倾斜后使得入射光的入射角为布儒斯特角θ。
10.如权利要求9所述高能量激光系统，其特征在于，所述第一入射窗口片和第二入射窗口片为共焦正透镜；所述滤波器腔体内还包括在所述第一入射窗口片和第二入射窗口片公共焦点处的小孔光阑。
全文摘要
本发明涉及一种空间滤波器及其高能量激光系统，所述空间滤波器包括滤波器腔体，所述滤波器腔体沿光路入射方向的两端分别设置有第一入射窗口片和第二入射窗口片，其特征在于，所述第一入射窗口片沿光路方向倾斜放置，倾斜的角度为90度减去所述第一窗口片的布儒斯特角θ。本发明还涉及包括上述空间滤波器的一种高能量激光系统。本发明提供的空间滤波器及其高能量激光系统的第一入射窗口片的设计，增加了激光与窗口片的接触面积，降低了窗口片上激光的功率，窗口片不容易被损坏。
文档编号H01S3/00GK102540497SQ20111008320
公开日2012年7月4日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者侯立群, 唐熊忻, 张国新, 张晶, 樊仲维, 王小发, 赵天卓, 连富强, 邱基斯, 麻云凤, 黄科 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司