一种激光装置剩余激光吸收装置的制作方法

本实用新型属于高功率激光技术领域，具体地说涉及一种激光装置剩余激光吸收装置。

背景技术：

在大型激光装置中，激光传输过程中产生的杂散光、未经利用的剩余激光等会对装置中的光学元件造成一定的危害，通常需要借助吸收体来进行吸收。目前，常用的吸收体有平板型、楔板型等，吸收体的每一个接触面均加工为平面。随着激光技术及其应用的不断发展，激光装置逐步向高功率高能量方向发展，因此，剩余激光的能量也随之提升，光束在吸收体表面通量增大，而表面通量一旦高于损伤阈值，会带来严重的损害。楔形板虽然能够减小光束在吸收体表面的通量，且与倾角成反比，但是倾斜角过大同样的会影响对光束的吸收，因此，通过增大倾斜角度实现降低表面通量的效果存在一定的限制。而对于传统的平面吸收体而言，高通量带来的损伤极大的减小了吸收体的使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种激光装置剩余激光吸收装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种激光装置剩余激光吸收装置，包括第一吸收组件、第二吸收组件和支撑框架，所述第二吸收组件位于第一吸收组件的下方，且其与第一吸收组件垂直设置，所述第一吸收组件和第二吸收组件均位于支撑框架内部；

所述第一吸收组件至少包括2个结构相同、平行且间隔设置的吸收体，所述吸收体沿着剩余激光的传输方向设置，其包括与剩余激光直接接触的第一吸收侧面和第二吸收侧面，且第一吸收侧面和/或第二吸收侧面设为曲面，所述第一吸收侧面的顶部和第二吸收侧面的顶部相接，所述第二吸收组件设为平板结构，且其垂直于剩余激光的传输方向设置，所述剩余激光在相邻吸收体之间发生发射。

进一步，任取所述曲面上的吸收点并任意设定水平线，所述吸收点与设定水平线的间距为h，所述吸收点的法线反向延长线与设定水平线的交点距吸收点之间距离的倒数为C，所述吸收点至圆心连线与水平面的夹角为θ，所述剩余激光在吸收体处的辐射通量为I0，所述剩余激光在吸收点处的入射通量为I，则I＝I0×sinθ＝I0×h×C，所述吸收体采用材料的损伤阈值为Ith，则I<Ith。

进一步，所述第一吸收侧面的顶部和第二吸收侧面的顶部呈直线式相接。

进一步，所述第一吸收侧面的顶部和第二吸收侧面的顶部通过相接面相接，且相接面为倾斜面。

进一步，所述倾斜面与水平面的夹角为45°-90°。

另，本实用新型还提供一种激光装置剩余激光吸收装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：所述吸收体的高度为H，其对剩余激光的吸收系数为a，相邻吸收体的间距为d，确定吸收体设计参数并制作第一吸收组件；

S2：将第二吸收组件置于第一吸收组件下方，并将所述第一吸收组件和第二吸收组件均置于支撑框架内部；

S3：调整支撑框架以保证第二吸收组件垂直于剩余激光的传输方向设置，即可。

进一步，所述步骤S1中，吸收体设计参数的确定方法为：

S11：根据安装空间及成本，确定吸收体的高度H以及吸收体采用材料的损伤阈值Ith；

S12：依据吸收体采用的材料确定吸收体的损伤阈值Ith及吸收系数a，改变间距d以及距离的倒数C，获得吸收体对剩余激光的吸收效果示意图以及不同曲面上的最大入射通量示意图；

S13：在满足最大入射通量小于损伤阈值Ith的前提下，取吸收效果示意图与最大入射通量示意图的交集，得到间距d、距离的倒数C和吸收系数a。

进一步，所述步骤S12中，吸收体采用不同材料制得，通过改变吸收体结构，以获得不同吸收系数的吸收体对剩余激光的吸收效果示意图，并获得不同吸收系数的最大入射通量示意图。

进一步，所述步骤S13中，在满足最大入射通量小于损伤阈值Ith的前提下，对同一吸收系数的吸收效果示意图与最大入射通量示意图取交集，得到不同吸收系数的参数设计示意图，将所述参数设计示意图取交集，得到间距d、距离的倒数C和吸收系数a。

本实用新型的有益效果是：

通过将吸收体曲面化，增大吸收装置吸收剩余激光的入射面积，从而降低吸收装置位置的光通量，同时，利用吸收体组合排布，未吸收的剩余激光能量利用相邻吸收体进行进一步吸收反射，通过优选吸收体结构参数，控制剩余激光在相邻吸收体之间的反射吸收次数，最终实现对剩余激光的完全吸收，改善吸收体损伤问题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是剩余激光吸收效果示意图；

图3(a)为实施例二中，吸收系数为40％时，吸收体对剩余激光的吸收效果示意图；

图3(b)为实施例二中，吸收系数为30％时，吸收体对剩余激光的吸收效果示意图；

图3(c)为实施例二中，吸收系数为20％时，吸收体对剩余激光的吸收效果示意图；

图4为实施例二中，吸收系数为40％时，不同曲面上的最大入射通量示意图；

图5(a)为实施例二中，吸收系数为40％的参数设计示意图；

图5(b)为实施例二中，吸收系数为30％的参数设计示意图；

图5(c)为实施例二中，吸收系数为20％的参数设计示意图。

附图中：1-第一吸收组件、2-第二吸收组件、3-支撑框架、4-吸收体、5-剩余激光；

图3、图4、图5中，横坐标表示间距d，单位为mm，纵坐标表示距离的倒数C，单位为1/mm。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本实用新型创造。

实施例一：

如图1-2所示，一种激光装置剩余激光吸收装置，包括第一吸收组件1、第二吸收组件2和支撑框架3，所述第一吸收组件1、第二吸收组件2均用于吸收剩余激光，两者可以采用任意介质材料制得，同时，两者可用于吸收任意波长λ的剩余激光3，具体的，所述第二吸收组件2设为平板结构，其位于第一吸收组件1的下方，且其与第一吸收组件1垂直设置，也就是说，所述第二吸收组件2的上表面与第一吸收组件1的底部连接，所述第一吸收组件1和第二吸收组件2均位于支撑框架3内部。

所述第一吸收组件1至少包括2个结构相同、平行且间隔设置的吸收体4，本实施例中，所述吸收体4共有4个。所述吸收体4沿着剩余激光5的传输方向设置，其包括与剩余激光5直接接触的第一吸收侧面和第二吸收侧面，且第一吸收侧面和/或第二吸收侧面设为曲面，通过将第一吸收侧面和/或第二吸收侧面曲面化，以增大吸收体4吸收剩余激光5的入射面积。同时，所述第二吸收组件2垂直于剩余激光5的传输方向设置，所述剩余激光5在相邻吸收体4之间发生多次发射。

任取所述曲面上的吸收点并任意设定水平线，所述吸收点与设定水平线的间距为h，所述吸收点的法线反向延长线与设定水平线的交点距吸收点之间距离的倒数为C(以下简称为距离的倒数C)，所述吸收点至圆心连线与水平面的夹角为θ，所述剩余激光5在吸收体4处的辐射通量为I0，所述剩余激光5在吸收点处的入射通量为I，则I＝I0×sinθ＝I0×h×C，所述吸收体4采用材料的损伤阈值为Ith，则I<Ith，以改善大能量剩余激光5吸收时带来的损伤问题。

由上述可知：入射通量I与间距h和C的乘积成正比，当h固定时，C越小，入射通量越小，而h的确定，需要综合考虑吸收体4的安装空间以及成本等方面因素。

所述第一吸收侧面的顶部和第二吸收侧面的顶部相接，也就是说，吸收体4的顶部为闭合结构。为了避免剩余激光5直接入射至吸收体4的顶部导致吸收体4损伤，在一些实施例中，所述第一吸收侧面的顶部和第二吸收侧面的顶部呈直线式相接。本实施例中，所述第一吸收侧面的顶部和第二吸收侧面的顶部通过相接面相接，且相接面为倾斜面，也就是说，吸收体4的顶部做斜化处理，同时，为了防止剩余激光5逃逸，所述倾斜面与水平面的夹角为45°-90°。

采用所述的激光装置剩余激光吸收装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：所述吸收体4的高度为H，其对剩余激光5的吸收系数为a，相邻吸收体4的间距为d，根据安装空间及成本，确定吸收体4的高度H，依据吸收体4采用的材料确定吸收体4的损伤阈值Ith及吸收系数a，采用遍历法，改变间距d以及距离的倒数C，获得吸收体4对剩余激光5的吸收效果示意图以及不同曲面上的最大入射通量示意图，同时，吸收体采用不同材料制得即吸收系数a不同，以获得不同吸收系数的吸收体对剩余激光的吸收效果示意图，并获得不同吸收系数的最大入射通量示意图，在满足最大入射通量小于损伤阈值Ith的前提下，对同一吸收系数的吸收效果示意图与最大入射通量示意图取交集，得到不同吸收系数的参数设计示意图，将所述参数设计示意图取交集，得到间距d、距离的倒数C和吸收系数a，并制作第一吸收组件1；

S2：将第二吸收组件2置于第一吸收组件1下方，并将所述第一吸收组件1和第二吸收组件2均置于支撑框架3内部；

S3：调整支撑框架3以保证第二吸收组件2垂直于剩余激光5的传输方向设置，即可。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：

吸收体4为双面曲面，即吸收体4的第一吸收侧面和第二吸收侧面均为曲面，吸收体4共设为3个，即所述吸收装置共有6个曲面。待吸收的剩余激光5的波长λ为1053nm，光辐射通量为I0为1.28×10¹⁰W/cm²。

设定吸收体4的高度H为200mm，其采用不锈钢制成，其损伤阈值Ith为1.7×10⁹W/cm²，其吸收系数a为40％。改变d和C，获得吸收体4对剩余激光5的吸收效果示意图，如图3(a)所示，图中白色曲线为完全吸收和未完全吸收的分界线。同理，更换吸收体4的材料，取吸收系数a为30％，获得吸收体4对剩余激光5的吸收效果示意图，如图3(b)所示。取吸收系数a为20％，获得吸收体4对剩余激光5的吸收效果示意图，如图3(c)所示，此时，吸收体4对剩余激光5几乎全部为未安全吸收，因此，不再设定a＝10％。由图3(a)-图3(c)可以看出：随着a的增加，吸收体4更容易实现对剩余激光5的完全吸收，同时，随着d的减小且C的增大，剩余激光5在相邻吸收体4之间的反射次数增加，更有利于吸收体4对剩余激光5的完全吸收。

对于a＝40％的情况，改变d和C，对6个曲面上的最大通量进行分析，得到不同曲面上的最大入射通量示意图，如图4所示，图中灰色曲线表示设计目标1.7×10⁹W/cm²，在满足最大入射通量小于损伤阈值Ith的前提下，将图3(a)与图4取交集，得到吸收系数为40％的参数设计示意图，如图5(a)所示，图中白色区域表示交集部分。同样，当更换吸收系数a分别为30％、20％的材料时，采用遍历的方法，得到不同吸收系数且不同曲面上的最大入射通量示意图，从而得到吸收系数为30％、20％的吸收材料所对应的参数设计示意图，分别如图5(b)、5(c)所示。由图5(a)-图5(c)可以看出：对于吸收系数较低的材料(吸收系数为20％)，改变d和C(即改变结构参数)，难以同时实现完全吸收与降通量的目标，因此，将图5(a)和图5(b)取交集，得到不同吸收系数对应的优化后的参数：a＝40％，d＝10mm，C＝0.0008；a＝30％，d＝9mm，C＝0.0004。

根据优化后的参数制作第一吸收组件1，将所述第一吸收组件1和第二吸收组件2均置于支撑框架3内部，并将第二吸收组件2垂直于剩余激光5的传输方向设置。在吸收剩余激光5的实际过程中，曲面上的最大入射通量为2.7×10⁹W/cm²，平均通量3.7×10⁸W/cm²。

实施例三：

本实施例与实施例一、实施例二相同的部分不再赘述，不同的是：

吸收体4为单面曲面，即吸收体4的第一吸收侧面为曲面，第二吸收侧面为平面，吸收体4共设为6个，即所述吸收装置共有6个曲面。待吸收的剩余激光5的波长λ为1053nm，光辐射通量为I0为1.28×10¹⁰W/cm²。优化后的参数：H＝300mm，d＝30mm，C＝0.0008，a＝30％，在吸收剩余激光5的实际过程中，曲面上的最大通量为6.0×10⁹W/cm²，平均通量为1.0×10⁹W/cm²。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。