用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统，属于高功率激光装置光学系统领域，系统包含八块光学元件，沿纵向拉开排布在紧凑的距离范围内，所述光学元件集中在两个模块放置：频率转换模块和聚焦取样模块；所述频率转换模块由若干不同的晶体并排安装，设置于所述聚焦取样模块前端更靠近传输反射镜的位置，光线经过所述频率转换模块，实现气氛隔离、谐波转换与偏振匀滑的功能；所述聚焦取样模块靠近真空靶室，光线经过所述频率转换模块到达聚焦取样模块，实现光束聚焦、谐波分离、测量取样、真空密封、碎片屏蔽功能。本实用新型专利技术实现了系统洁净度从ISO5级到ISO3级的大幅提升，特别适用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控。

【技术实现步骤摘要】
用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统
本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。
技术介绍
终端光学系统(FinalOpticsAssembly,FOA)是高功率激光装置的最末级，承受着装置最高的激光能量，由倍频晶体、聚焦透镜、真空窗口等昂贵的透射式光学元件组成，起着谐波转换、光束聚焦、真空隔离、碎片屏蔽等重要功能。高能激光通过FOA时，每一个透射式光学元件元件的每个表面均具有残余反射光(杂散光)。当杂散光在终端光学元件和结构件上的通量较强时，会导致光终端系统新增数十万颗污染粒子，降低终端光学元件寿命，限制激光装置输出能量。因此，避免杂散光对系统洁净环境的恶化以及合理对杂散光进行管控，成为高功率激光装置FOA设计、光学元件寿命和系统输出能量提升及激光装置安全运行的一个重要问题。美国国家点火装置(NationalIgnitionFacility,NIF)包含192路FOA，是气氛室环境下的紧凑式排布，杂散光分布密集而复杂。NIF装置从1994年开始，历时9年，完成其工程设计，第一次Beamlet上的集成验证发生了光学元件的严重损伤，因此将FOA设定为气氛室下的微气量洁净环境，并于2006年开展了FOA的第二次集成验证，仍然暴露了大量的问题，至2007年完成系统的整体定型，并于2009年完成FOA的工程设计，但直到2017年，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严重损伤。国内神光系列装置FOA也是紧凑式排布，曾经历不断设计与优化的过程。神光II升级装置在设计之初就对杂散光进行了全面的管控设计，但直到2008年神光II升级装置针对杂散光对光学元件的破坏，还对FOA进行了新一轮的优化设计。神光III原型装置由于未对杂散光做吸收处理，导致杂散光入射到终端内壁，污染FOA系统，光学元件寿命大幅降低。因此，紧凑式的FOA杂散光分布复杂，杂散光导致的污染对终端光学元件的寿命和激光装置的输出能力提升影响重大，成为当前研究工作的重点与难点。紧凑式FOA由于倍频段到聚焦段距离小，互相多次作用的杂散光多且复杂。其中，高阶(两次及更多次反射的)杂散光通量较低，需要避免杂散光焦点不作用到元件和结构件上，其管控主要集中在真空窗口和屏蔽片的位姿优化设计。一阶(单次反射的)杂散光具有通量高的特点，需要设计特殊的吸收体处理，其管控主要集中在基频窗口到聚焦透镜间距和吸收体的设计。为了将杂散光束缚在光束陷阱中的同时避免了吸收玻璃(AB5材料)污染终端系统。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中的问题，本技术的技术目的在于提供一种用于高功率紧凑式终端光学系统，该系统将杂散光束缚在光束陷阱中的同时避免了吸收玻璃(AB5材料)污染终端系统。本技术采用的技术方案如下：一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统，所述系统包括终端光学元件沿纵向拉开排布在紧凑的距离范围内，共八块光学元件，集中在两个模块放置：频率转换模块和聚焦取样模块。进一步的，频率转换模块由隔离窗口1、二倍频晶体(2)、三倍频晶体(3)、偏振匀滑晶体4组成。其靠近传输反射镜，主要实现气氛隔离、谐波转换与偏振匀滑等功能，结构上独立支撑。进一步的，聚焦取样模块由聚焦透镜5、真空窗口6、主屏蔽片7和次屏蔽片8组成。其靠近真空靶室，主要实现光束聚焦、谐波分离、测量取样、真空密封、碎片屏蔽等功能。进一步的，所述紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统首先理论上分析杂散光的光学特性，建立杂散光分析模型。进一步的，所述紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统包括高阶杂散光管控与一阶杂散光管控两种。进一步的，所述高阶杂散光管控方法，为了保证高阶杂散远离元件及结构件，各部件之间的设置参数需满足条件：d1+d2+d3≤f/6,3d1≤f/63d1+2d2≥f/6,2d1+d2≤f/33(d1+d2+d3)≥f/6,2d1+3d2+3d3≥f/6(1)其中：聚焦透镜焦距为f，聚焦透镜与真空窗口、真空窗口与主屏蔽片、主屏蔽片与次屏蔽片的间距分别为d1、d2和d3。因此，聚焦透镜后的光学元件间距的优化数值解为：进一步的，所述高阶杂散光管控方法，在参数设置的基础上，采用自主研发的软件分析终端的二阶、三阶杂散光焦点分布。进一步的，所述一阶杂散光管控方法，为了保证聚焦透镜自身的一阶杂散光焦点位于偏振匀滑晶体与聚焦透镜中间，各部件之间的设置参数需满足条件：其中：聚焦透镜与偏振匀滑晶体、基频窗口与偏振匀滑晶体的间距分别为d4、和d5。进一步的，所述一阶杂散光管控方法，其管控设计思路为：S1.优化真空窗口、主屏蔽片和次屏蔽片的角度，保证一阶杂散光不作用到聚焦取样模块中光学元件及边框上的同时，杂散光处于同一位置，便于管理；S2.在每个AB5玻璃前面增设熔石英元件，保证AB5玻璃的损伤不污染到终端系统；S3.利用成对“AB5玻璃加石英玻璃”的组合，来回吸收杂散光，保证杂散光不逃逸出光束陷阱。进一步的，所述一阶杂散光管控方法，采用聚焦透镜薄边结构镂空设计，保证杂散光在聚焦透镜处的可控。进一步的，所述AB5玻璃，在偏离出主光路处的杂散光光束口径最大处设置AB5玻璃。综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：1.本技术提供的用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控方法，实现了系统洁净度从ISO5级到ISO3级的大幅提升。2.本技术提供的用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控方法，将杂散光束缚在光束陷阱中的同时避免了吸收玻璃污染终端系统。3.本技术提供的用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控方法，为紧凑式FOA杂散光管控、环境品质提升提供了系统的解决思路。附图说明本技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本技术实施例提供的紧凑式FOA杂散光管控系统示意图；图2是本技术实施例提供的高阶杂散光设计模型图；图3是本技术实施例提供的高阶杂散光管控结果图；图4是本技术实施例提供的聚焦透镜一阶杂散光设计模型图；图5是本技术实施例提供的聚焦透镜一阶杂散光管控结果图；图6是本技术实施例提供的聚焦透镜镂空结构设计图；图中：1-隔离窗口，2-二倍频晶体，3-三倍频晶体，4-偏振匀滑晶体，5-聚焦透镜，6-真空窗口，7-主屏蔽片，8-次屏蔽片，9-透镜镂空部，10-透镜夹，11-聚焦透镜镜体，12-杂散光焦点，13-熔石英及AB5玻璃的组合，14-杂散光，T-焦平面。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合本技术的附图，对本技术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。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统，其特征在于，所述系统包含八块光学元件，沿纵向拉开排布在紧凑的距离范围内，所述光学元件集中在两个模块放置：频率转换模块和聚焦取样模块；/n所述频率转换模块由若干不同的晶体并排安装，设置于所述聚焦取样模块前端更靠近传输反射镜的位置，光线经过所述频率转换模块，实现气氛隔离、谐波转换与偏振匀滑的功能；/n所述聚焦取样模块靠近真空靶室，光线经过所述频率转换模块到达聚焦取样模块，实现光束聚焦、谐波分离、测量取样、真空密封、碎片屏蔽功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统，其特征在于，所述系统包含八块光学元件，沿纵向拉开排布在紧凑的距离范围内，所述光学元件集中在两个模块放置：频率转换模块和聚焦取样模块；
所述频率转换模块由若干不同的晶体并排安装，设置于所述聚焦取样模块前端更靠近传输反射镜的位置，光线经过所述频率转换模块，实现气氛隔离、谐波转换与偏振匀滑的功能；
所述聚焦取样模块靠近真空靶室，光线经过所述频率转换模块到达聚焦取样模块，实现光束聚焦、谐波分离、测量取样、真空密封、碎片屏蔽功能。


2.如权利要求1所述的一种用于高功率紧凑式终端光学系统的杂散光管控系统，其特征在于，所述频率转换模块包括并排设置的隔离窗口（1）、二倍频晶体(2)、三倍频晶体(3)和偏振匀滑晶体（4）。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德燕，李平，王芳，彭志涛，冯斌，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32