一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了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终端光学系统的杂散光管控系统和方法，属于高功率激光装置光学系统领域。该系统包括晶体、楔形透镜、光学平板元件和吸收体盒，光源依次经过晶体、楔形透镜后到达光学平板元件并被光学平板元件反射。本发明专利技术提供技术方案不会损伤楔形透镜，不对终端光学系统产生污染；保证经过楔形透镜会聚的杂散光偏离出主光路的光束口径增大，降低杂散光通量，降低杂散光管理难度；设计的光学陷阱保证杂散光不会漏出吸收体盒，将不通过楔形透镜会聚的低通量杂散光和通过楔形透镜会聚的高通量杂散光进行管控，方案简单易行设计巧妙，特别适用于高功率终端光学系统的杂散光管控。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法
本专利技术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终端光学系统的杂散光管控系统和方法。
技术介绍
终端光学系统(FinalOpticsAssembly,FOA)是高功率激光装置的核心子系统，由多块透射式光学元件组成，包括：晶体、楔形透镜、真空窗口、屏蔽片，起着谐波转换、谐波分离、测量取样、光束聚焦等重要功能。当高功率激光通过FOA上的透射式光学元件上时，元件的每个表面均具有残余反射，若残余反射光在终端光学元件、元件边框或金属筒壁上的通量过强时，会对光学元件造成损伤，对终端系统产生污染。因此，避免杂散光对光学元件的破坏以及合理对杂散光进行管控，成为高功率激光装置FOA的一个重要问题。美国国家点火装置(NationalIgnitionFacility,NIF)FOA包含192路，可产生1.8MJ(3.5ns，500TW功率)351nm的激光输出，共有1344块光学元件，杂散光分布复杂。自1994年NIF完成了其概念设计后，经过集成验证，最终于2007年完成定型，但直到2017年5月，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损伤。国内神光系列装置FOA的设计也经历了集成验证和设计更改的过程。2008年神光II升级装置针对鬼像对光学元件的破坏，对FOA进行了优化设计。目前，高功率终端光学系统的杂散光管控多采用优化楔形透镜后元件的角度和间距，使得其反射的一阶杂散光偏离出主光路，并在偏离出主光路位置加入一个吸收玻璃等器件来吸收的方法，用于吸收管理杂散光(乔战峰,卢兴强，赵东峰，朱宝强.神光II升级装置终端光学组件的排布设计.中国激光，2008，9(35):1328～1332)。但在高功率终端光学系统中，由于高功率杂散光经楔形透镜聚焦，在偏离出主光路处的杂散光通量过高，吸收玻璃会被高通量杂散光损伤，对终端光学系统产生污染。与此同时，还有部分杂散光会打到楔形透镜边框，对终端结构件进行辐照，产生污染。因此，传统的杂散光管控方法失效，使上述现有技术中的杂散光管控方法的应用范围受到限制。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：为了克服现有杂散光管控方法无法用于高功率终端光学系统的不足，本专利技术提供一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统和方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统，所述系统包括沿光路方向上依次放置的晶体(5)、楔形透镜(2)、光学平板元件和吸收体盒(1)，光源依次经过晶体(5)、楔形透镜(2)后到达光学平板元件并被光学平板元件反射，其中部分反射光线未经过楔形透镜(2)会聚形成低通量杂散光直接并到达吸收体盒(1)，部分反射光线经过楔形透镜(2)会聚后形成高通量杂散光到达吸收体盒(1)；所述高通量杂散光和低通量杂散光入射到吸收体盒(1)内并被吸收体盒(1)吸收处理。进一步的，所述光学平板元件至少包括真空窗口(3)和屏蔽片(4)，所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)在楔形透镜(2)后按一倾斜角度平行放置，且所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)与楔形透镜(2)之间相隔一定间距。进一步的，所述吸收体盒(1)利用同一个吸收盒同时吸收处理不经过楔形透镜(2)会聚的杂散光和经过楔形透镜会聚(2)的杂散光；所述吸收体盒(1)包括盒体(11)、石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)、第二吸收玻璃(14)，盒体(11)内放置有石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)，所述石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)平行叠放在盒体内并在盒体内部形成密闭空间，叠放后的石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)之间有一定间距、且石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)与盒体内部的竖直面呈一定角度；盒体(11)的上方为第二吸收玻璃(14)，盒体(11)的一面为未封闭的开口，用于待吸收的杂散光从开口进入吸收体盒(1)内。进一步的，所述楔形透镜(2)为一种改进的楔形透镜，包括楔形透镜镜体(21)、透镜镂空部(22)和透镜夹(23)，透镜镂空部(22)是通过将楔形透镜镜体(21)的薄边做漏空处理得到的，所述透镜夹(23)采用对楔形透镜镜体(21)进行三边夹持的方式，使杂散光漏过去后不打到楔形透镜(2)的结构件上。进一步的，通过所述石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)、第二吸收玻璃(14)构成的吸收体盒(1)与改进的楔形透镜(2)、真空窗口(3)的相互关联配合，通过反复的反射和吸收密封住高通量辐照下的吸收玻璃，使杂散光不漏出吸收体盒(1)：高通量杂散光到达吸收体盒(1)后被石英玻璃(12)分成两部分，大部分高通量杂散光被石英玻璃(12)透射后被位于石英玻璃(12)后、且角度与石英玻璃(12)一致的第一吸收玻璃(13)吸收；第一吸收玻璃(13)将未完全吸收杂散光的反射出去后被石英玻璃(12)透射后，再被第二吸收玻璃(14)吸收；剩余小部分高通量杂散光被石英玻璃(12)反射后被位于石英玻璃(12)上方的第二吸收玻璃(14)吸收；若第二吸收玻璃(14)未完全吸收杂散光，将未吸收的杂散光反射出去，则会被石英玻璃(12)再次透射后，再被第一吸收玻璃(13)吸收；低通量杂散光直接被第二吸收玻璃(14)吸收，若第二吸收玻璃(14)未完全吸收杂散光，将未吸收的将杂散光反射出去，被石英玻璃(12)透射后，再被第一吸收玻璃(13)吸收。另一方面本专利技术还提供了一种基于前述任一用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统进行杂散光管控的方法，所述方法包括以下步骤：S1，构建终端光学系统的杂散光管控系统，在沿光路方向上依次放置晶体(5)、楔形透镜(2)、光学平板元件和吸收体盒(1)，使光源依次经过晶体(5)、楔形透镜(2)后到达光学平板元件并被光学平板元件反射，被光学平板元件反射后的杂散光进入吸收体盒(1)；S2，基于光学平板元件的倾斜角度及光学平板元件与楔形透镜(2)间距的优化模型计算杂散光管控系统中的相应设置参数；S3，调整杂散光管控系统中各部件的设置参数，使部分反射光线未经过楔形透镜(2)会聚形成低通量杂散光直接并进入吸收体盒(1)，部分反射光线经过楔形透镜(2)会聚后成为高通量杂散光进入吸收体盒(1)，且所述高通量杂散光和低通量杂散光入射到吸收体盒(1)后并被吸收体盒(1)吸收处理。进一步的，所述步骤S2中的优化模型具体为：一阶杂散光(31)在楔形透镜上的横移量为：其中，θ表示光学平板元件的倾斜角度，d表示楔形透镜(2)后的光学平板元件与楔形透镜(2)的间距，f表示楔形透镜(2)的焦距，D表示终端光学系统的通光口径；则一阶杂散光在横移出通光区的口径，即吸收体盒(1)处的杂散光光束口径为：由公式(1)可知：为了减小一阶杂散光在楔形透镜(2)上的横移量，需要减小光学元件的倾斜角度θ，减小元件间距d。进一步的，所述光学平板元件至少包括真空窗口(3)和屏蔽片(4)，所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)在楔形透镜(2)后按一倾斜角度θ平行放置，且所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)与楔形透镜(2)之间相隔一定间距d，在设置参数时选择合适的倾斜角度θ和元件间距d，保证杂散光通量可接受，同时横移量相对较小，杂散光管控系统结构可实现。进一步的，还包括调整所述吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统，其特征在于，所述系统包括沿光路方向上依次放置的晶体(5)、楔形透镜(2)、光学平板元件和吸收体盒(1)，光源依次经过晶体(5)、楔形透镜(2)后到达光学平板元件并被光学平板元件反射，其中部分反射光线未经过楔形透镜(2)会聚形成低通量杂散光直接并到达吸收体盒(1)，部分反射光线经过楔形透镜(2)会聚后形成高通量杂散光到达吸收体盒(1)；所述高通量杂散光和低通量杂散光入射到吸收体盒(1)内并被吸收体盒(1)吸收处理。

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率终端光学系统的杂散光管控系统，其特征在于，所述系统包括沿光路方向上依次放置的晶体(5)、楔形透镜(2)、光学平板元件和吸收体盒(1)，光源依次经过晶体(5)、楔形透镜(2)后到达光学平板元件并被光学平板元件反射，其中部分反射光线未经过楔形透镜(2)会聚形成低通量杂散光直接并到达吸收体盒(1)，部分反射光线经过楔形透镜(2)会聚后形成高通量杂散光到达吸收体盒(1)；所述高通量杂散光和低通量杂散光入射到吸收体盒(1)内并被吸收体盒(1)吸收处理。2.如权利要求1所述的杂散光管控系统，其特征在于，所述光学平板元件至少包括真空窗口(3)和屏蔽片(4)，所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)在楔形透镜(2)后按一倾斜角度平行放置，且所述真空窗口(3)和屏蔽片(4)与楔形透镜(2)之间相隔一定间距。3.如权利要求1或2所述的杂散光管控系统，其特征在于，所述吸收体盒(1)利用同一个吸收盒同时吸收处理不经过楔形透镜(2)会聚的杂散光和经过楔形透镜会聚(2)的杂散光；所述吸收体盒(1)包括盒体(11)、石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)、第二吸收玻璃(14)，盒体(11)内放置有石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)，所述石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)平行叠放在盒体内并在盒体内部形成密闭空间，叠放后的石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)之间有一定间距、且石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)与盒体内部的竖直面呈一定角度；盒体(11)的上方为第二吸收玻璃(14)，盒体(11)的一面为未封闭的开口，用于待吸收的杂散光从开口进入吸收体盒(1)内。4.如权利要求3所述的杂散光管控系统，其特征在于，所述楔形透镜(2)为一种改进的楔形透镜，包括楔形透镜镜体(21)、透镜镂空部(22)和透镜夹(23)，透镜镂空部(22)是通过将楔形透镜镜体(21)的薄边做漏空处理得到的，所述透镜夹(23)采用对楔形透镜镜体(21)进行三边夹持的方式，使杂散光漏过去后不打到楔形透镜(2)的结构件上。5.如权利要求4所述的杂散光管控系统，其特征在于，通过所述石英玻璃(12)和第一吸收玻璃(13)、第二吸收玻璃(14)构成的吸收体盒(1)与改进的楔形透镜(2)、真空窗口(3)的相互关联配合，通过反复的反射和吸收密封住高通量辐照下的吸收玻璃，使杂散光不漏出吸收体盒(1)：高通量杂散光到达吸收体盒(1)后被石英玻璃(12)分成两部分，大部分高通量杂散光被石英玻璃(12)透射后被位于石英玻璃(12)后、且角度与石英玻璃(12)一致的第一吸收玻璃(13)吸收；第一吸收玻璃(13)将未完全吸收杂散光的反射出去后被石英玻璃(12)透射后，再被第二吸收玻璃(14)吸收；剩余小部分高通量杂散光被石英玻璃(12)反射后被位于石英玻璃(12)上方的第二吸收玻璃(14)吸收；若第二吸收玻璃(14)未完全吸收杂散光，将未吸收的杂散光反射出去，则会被石英玻璃(12)再次透射后，再被第一吸收玻璃(13)吸收；低通量杂散光直接被第二吸收玻璃(14)吸收，若...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德燕，冯斌，李平，彭志涛，柴向旭，王礼权，王冠中，敬域堃，郑奎兴，朱启华，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51