一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器制造技术

本发明专利技术可用于对光电系统中的关键光探测器实施强激光智能防护，其具体地公开了一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器，针对光探测器激光防护技术中防护性能难以提高的瓶颈问题，本发明专利技术提供了一种全新的解决问题的方案，本发明专利技术所设计的智能激光防护结构，由基于智能材料层的智能光偏折器、光学聚焦装置以及光阑组成，本发明专利技术利用强激光触发智能材料层相变从而引起的激光偏折效果，使激光聚焦焦斑偏离光阑通孔、并使之受遮挡，由此达到防护小孔光阑后方光探测器的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器
本专利技术涉及激光防护
，具体涉及一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器。
技术介绍
光探测器(如光电倍增管、光电二极管、光导探测器等)在民用、军事和国防方面都有着重要的应用，其与国家安全及经济利益息息相关。光探测器由于灵敏度高，其高精度探测头极易受到强激光的干扰或破坏，因此发展对光电探测器的防护措施引起人们普遍的重视，尤其在军事光电对抗应用中受到格外关注。常规的激光防护方法主要基于吸收型、反射型、相干式、全息式的激光防护材料，但这些方法大多存在防护波长单一、透过率不高、有防护角度限制等缺点，并且无法起到“低强度透过，高强度截断”的智能防护效果。相比于上述常规激光防护材料，另一类基于非线性光学材料(如阴丹林士化合物、C60类化合物、金属酞菁类化合物等有机材料)、相变材料(如二氧化钒等)、多效应复合材料等(如导电高聚物和无机半导体的复合材料等)原理的智能材料在发展新的智能激光防护方法上则更具应用潜力。这类材料一般只对入射光的强度大小敏感，而对波长不敏感，在宽波段范围内具有一定的“低强度透过，高强度大部分截断”的智能防护功能。然而，目前针对智能材料的激光防护应用开发仍十分有限，现有技术主要还是基于智能材料的光限幅(如吸收、衰减或散射)原理，其通过智能材料变化，来获得高强度激光下的低透过射率，从而防止大部分激光照射到探测头上。而无论是哪种防护材料和现有的防护方法，由于防护材料本身属性的限制，光限幅所产生的光强调制深度很难进一步提高，通常光强调制深度超过90％已十分困难；同时强激光照射到这类防护材料上时，为了满足在非强激光时光的通过性，无法做到100％激光防护，只能达到90％左右，防护材料只能阻隔大部分的激光，而少部分激光仍旧穿透防护材料后到达后端的光探测器上，而这少部分激光的在功率依旧很大的情况下，其仍会对高精度探测头造成损伤，降低了高精度探测头的使用寿命，提高了光探测器的使用成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供了一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器，解决了现有的激光防护方式不能完全阻隔激光，仍旧会有少部分激光穿过防护材料后到达后端的光探测器上、损伤高精度探测头。本专利技术针对光探测器激光防护技术中防护性能难以提高的瓶颈问题，本专利技术提出利用结构化智能材料调控入射激光相位产生偏折的方法，并结合光学系统设计，由此实现对光探测器在强激光辐照下的有效防护。本专利技术采用的技术方案如下：一种智能激光防护结构，包括沿着激光的射入光路上依次设置的折射率受光照强度影响的智能材料层、光学聚焦装置和光阑，智能材料层的折射率在变化前、后分别为n0和n1，在折射率n0下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后穿过光阑上的通孔；在折射率n1下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后位于光阑上的通孔的外侧、并被光阑阻隔。进一步地，所述智能材料层包括但不限于氧化钒以及基于氧化钒的复合材料。进一步地，在所述智能材料层的一侧设置有便于光通过的高透基底。进一步地，所述高透基底包括但不限于以下材料：石英玻璃、K9玻璃、蓝宝石、高密度聚乙烯以及TPX材料。进一步地，所述智能材料层的透光侧为几何结构，所述几何结构包括但不限于以下结构：超表面结构、人工电磁材料结构、光子晶体结构。进一步地，所述光学聚焦装置为聚焦镜。进一步地，所述光阑为金属制成，其包括但不限于一下材料：不锈钢材料、铝合金材料。一种光探头，包括光探头本体，在所述光探头本体的进光光路上设置有智能激光防护结构，所述智能激光防护结构包括沿着激光的射入光路上依次设置的折射率受光照强度影响的智能材料层、光学聚焦装置和光阑，智能材料层的折射率在变化前、后分别为n0和n1，在折射率n0下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后穿过光阑上的通孔；在折射率n1下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后位于光阑上的通孔的外侧、并被光阑阻隔；所述光探头本体位于光阑远离光学聚焦装置的一侧，且在折射率n0下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后穿过光阑上的通孔，并照射到光探头本体的采集端。一种光探测器，包括光探测器本体，所述光探测器本体的光探头包括光探头本体，在所述光探头本体的进光光路上设置有智能激光防护结构，所述智能激光防护结构包括沿着激光的射入光路上依次设置的折射率受光照强度影响的智能材料层、光学聚焦装置和光阑，智能材料层的折射率在变化前、后分别为n0和n1，在折射率n0下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后穿过光阑上的通孔；在折射率n1下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后位于光阑上的通孔的外侧、并被光阑阻隔；所述光探头本体位于光阑远离光学聚焦装置的一侧，且在折射率n0下，穿过智能材料层的光经过光学聚焦装置汇聚后穿过光阑上的通孔，并照射到光探头本体的采集端。所述的智能材料层的厚度dM大于0.5个光探测器响应波长λdet，即dM>0.λdet。由于采用了本技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器，当激光强度未达到智能材料层相变的触发阈值时，激光的聚焦焦点光斑位于光阑的通孔处，此时激光透过光阑并到达光探测器的光探头；当激光强度达到智能材料层相变的触发阈值时，智能材料层相变，其折射率变化，从而激光聚焦焦点因激光偏折的变化而发生偏移，偏离光阑的通孔，此时激光受到光阑遮挡无法到达光探测器的光探头，完全隔绝了强激光，不存在部分或者少部分激光与光探头接触的情况，有效地避免光探头遭强激光破坏，保证了光探头工作环境的稳定性，实现了光探头的激光防护，提高了光探头的使用寿命，降低了光探测器的维护成本；2.本专利技术一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器，较之现有的激光防护：针对防护材料对强激光的强吸收或强反射的要求，完全采用了一种与之完全不同的技术思维；具体地，本专利技术不对智能材料层的强吸收或强反射提出更高要求，而是从一个全新的角度——光路设定，本专利技术采用激光偏折方法，将激光防护的重点落到穿透防护层的光的光路变更上，而不是强激光的防护层对于强激光的反射、吸收性能提升上；本专利技术直接基于智能材料并结合光路设计，能在强激光促使智能材料升温相变，反射大部分强激光的基础上，将剩余的穿透防护层的强激光的光路变更，以使其无法到达光探头，从而将所有的强激光隔绝，其激光防护率达到100％；专利技术不基于防护材料的反射以及吸收性能，本专利技术只是基于防护材料的相变特性的光路设定。本专利技术只要求智能材料层在强激光辐照下具有折射率发生明显变化的特性，本专利技术的激光防护结构对智能材料的适用范围更广，具有防护可靠、适用光波段范围广等优点，并且毋需引入电路等其他控制辅助装置，智能化程度高，技术方案简单可行，技术效果优异，能独树一帜地做到100％防护率。3.本专利技术一种智能激光防护结构、光探头及其光探测器，智能激光防护结构可作为光探测器前端的防护装置，可用于关键光探测器的有效智能防护，在激光防护、光电对抗、光学智能响应系统等多方面应用广泛。...

【技术保护点】
1.一种智能激光防护结构，其特征在于：包括沿着激光的射入光路上依次设置的折射率受光照强度影响的智能材料层(1)、光学聚焦装置(2)和光阑(3)，智能材料层(1)的折射率在变化前、后分别为n

【技术特征摘要】
20200729 CN 20201074380991.一种智能激光防护结构，其特征在于：包括沿着激光的射入光路上依次设置的折射率受光照强度影响的智能材料层(1)、光学聚焦装置(2)和光阑(3)，智能材料层(1)的折射率在变化前、后分别为n0和n1，在折射率n0下，穿过智能材料层(1)的光经过光学聚焦装置(2)汇聚后穿过光阑(3)上的通孔(4)；在折射率n1下，穿过智能材料层(1)的光经过光学聚焦装置(2)汇聚后位于光阑(3)上的通孔(4)的外侧、并被光阑(3)阻隔。


2.根据权利要求1所述的一种智能激光防护结构，其特征在于：所述智能材料层(1)包括但不限于氧化钒以及基于氧化钒的复合材料。


3.根据权利要求1所述的一种智能激光防护结构，其特征在于：在所述智能材料层(1)的一侧设置有便于光通过的高透基底(5)。


4.根据权利要求3所述的一种智能激光防护结构，其特征在于：所述高透基底(5)包括但不限于以下材料：石英玻璃、K9玻璃、蓝宝石、高密度聚乙烯以及TPX材料。


5.根据权利要求1所述的一种智能激光防护结...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗振飞，卫耀伟，王度，张飞，王震，罗晋，吴倩，潘峰，姚纳，张清华，王健，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51