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激光能量计

阅读：1040发布：2020-07-27

IPRDB可以提供激光能量计专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种激光能量计，是在一管状金属外壳中依次设有探测器、与该探测器电连接的放大器以及信号输出单元，并且在外壳的激光入射口和探测器之间，设有一陶瓷空心腔，该陶瓷空心腔为封闭的空心柱体，柱体的轴向与激光进入壳体方向平行。本发明由于在探测器前设计了漫射式空心柱面陶瓷腔作为衰减器，使激光经过陶瓷衰减腔后出射的是均匀场，因而可以在该均匀场中的任一位置使用小尺寸探测器探测，同时可有效避免探测器的局部损伤问题，使本发明的激光能量计可用于高能量密度激光的测量。，下面是激光能量计专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种激光能量计，在一管状金属外壳中依次设有探测器、与该探测器电连接的放大器以及信号输出单元，其特征在于，在所述外壳的激光入射口和所述探测器之间，设有一陶瓷空心腔；

所述陶瓷空心腔为封闭的空心柱体，所述柱体的轴向与激光进入壳体方向平行。

2.根据权利要求1所述激光能量计，其特征在于，所述陶瓷空心腔柱体侧面与金属外壳内壁密实连接，经普通装配连接。

3.根据权利要求1或2所述激光能量计，其特征在于，所述探测器为选自规格为φ5mm～φ25mm的任一尺寸的探测器。

4.根据权利要求1或2所述激光能量计，其特征在于，所述探测器置于所述陶瓷空心腔后方中心轴线上的位置。

5.根据权利要求1或2所述激光能量计，其特征在于，所述探测器置于所述陶瓷空心腔后方偏离中心轴线的位置。

6.根据权利要求1或2所述激光能量计，其特征在于，所述探测器距陶瓷空心腔的距离在2～30mm范围的任一处。

7.根据权利要求1或2所述激光能量计，其特征在于，所述探测器采用锆钛酸铅热释电器件作为传感器。

说明书全文

技术领域：

本发明属于激光检测领域，具体涉及一种激光能量探测器。

背景技术：

在激光检测过程中，激光能量的检测是非常重要的部分。现有的激光能量计，较为先进的是以热释电器件作为热探测器，其具有比一般热探测器更高的响应速度和灵敏度，且仅对交变的温度信号有响应输出，因此非常适合作为脉冲激光辐射能量探测器件。在激光脉冲宽度小于一定值(通常为数百微秒)的情况下，其输出信号正比于入射激光能量。但是，现有的激光能量计，仅可以测量百焦耳以下的激光能量，高出该激光能量时，其中的探测器将遭致损伤；为适应高能量密度激光的测量，已有的解决方案是在热释电探测器之前加上陶瓷片(参见专利ZL9721512.4，王慰平)使激光能量衰减，从而保护探测器不受损伤。此类陶瓷片衰减器，通过反射部分入射的激光能量，减弱出射能量，同时使出射的激光呈现漫射特性，降低出射激光的能量密度，从而减小激光的破坏能力。但这种方法的缺点是出射光强呈现余弦分布，也即出射光场非均匀场，因此要求探测器与陶瓷衰减片之间必须非常靠近，且探测器的面积必须大于或等于陶瓷片面积，以接收全部能量。在入射激光光束直径较大的情况下，出于难以得到大面积的探测器，该方法即无法使用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种可可以提高抗激光损伤能力，适于对高密度能量的激光进行检测的激光能量计，该激光能量计可以使用小尺寸探测器，适用于对各种入射激光光束的检测。

本发明提供的激光能量计，在一管状金属外壳中依次设有探测器、与该探测器电连接的放大器以及信号输出单元，并在所述外壳的激光入射口和所述探测器之间，设有一陶瓷空心腔。

所述陶瓷空心腔为封闭的空心柱体，所述柱体的轴向与激光进入壳体方向平行；

所述陶瓷空心腔柱体侧面与金属外壳内壁密实连接，经普通装配连接。

上述结构的激光能量计，所述探测器的探测面大小不受限制，一般可在 φ5mm～φ25mm中选择。

上述结构的激光能量计，所述探测器可置于所述陶瓷空心腔后方任意位置。如陶瓷空心腔后方轴线上或偏离轴线的地方，距陶瓷空心腔2～30mm的任一位置。

上述结构的激光能量计，所述探测器采用锆钛酸铅热释电器件作为传感器。

采用上述技术方案，本发明提供的激光能量计，由于在探测器前设计了漫射式空心柱面陶瓷腔作为衰减器，使激光经过陶瓷衰减腔后出射的是均匀场，较之陶瓷板余弦分布的出射场能量密度更均匀，因而可以使用小尺寸探测器，并且可以在该均匀场中的任一位置探测，从而使激光能量计的设计技术上更可行，同时可有效避免了探测器的局部损伤问题，使本发明的激光能量计可用于高能量密度激光的测量。

附图说明：

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式：

本发明是为克服现有技术的缺点，提供一种新型的激光能量计。

本发明激光能量计结构参见图1，该激光能量计有一管状金属外壳1，在该外壳 1中的后部，依次装设有探测器2、放大器3以及信号输出单元4，并且，在该外壳 1中的前部(指探测器2之前)适当距离位置，装设有一陶瓷空心腔5。

所述陶瓷空心腔5为封闭的空心柱体，所述柱体的轴向与激光进入壳体方向平行，即陶瓷空心腔5的前表面接收从壳体1外进入的激光；并且陶瓷空心腔5柱体侧面与金属外壳1内壁密实连接。

在本发明中，所用探测器2用锆钛酸铅热释电器件作为传感器，探测器2通过电连接放大器3，放大器3再通过信号输出单元4将信号输出至一外部显示单元或计算单元，该部分结构与连接均可以采用现有激光能量计的技术，本发明不再赘述。

本发明的探测器2，可置于陶瓷空心腔5之后任意位置，既可以置于陶瓷空心腔5中心轴线上，也可以偏离该中心轴线，因此探测器的安装比较简便；同时，该探测器的探测面的尺寸也不作限制，不要求使用大于陶瓷空心腔柱面面积的探测器，并且，由于经过陶瓷空心腔5后出射的激光是均匀场，从理论上说，在该均匀场中任意一点测得的数值就可以代表该均匀场的数值，因而可以使用探测面非常小的探测器，只要所得到的信号可以通过放大器3后得以输出和显示就可。

本发明采用漫射式空心柱面陶瓷腔作为衰减器，由于陶瓷材料本身具有的高反射率，入射激光能量的大部分直接被腔体前表面漫反射，只有少量能量进入衰减腔，同样由于陶瓷材料的高反射率，使入射到腔内的光束在腔内通过多次漫反射后，最终形成均匀的出射光场，因此，本发明可以在其出射光场中采用取样测量的方法测量激光能量，从而可以选择较小面积的探测器即可满足测量要求，避免了研制大面积探测器的技术难点和高额成本。另外，由于出射场是均匀场，较现有技术余弦分布的出射场能量密度更均匀，有效避免了局部损伤问题。

效果实验

一、激光经过不同方式衰减后出射场均匀性实验

实验方法：采用一直径为2mm的光电探测器，测量激光(光束直径5mm，能量 25mJ)分别入射到现有陶瓷板衰减器(直径40mm)和本发明陶瓷腔衰减器(柱面直径40mm)后的出射光场，测量点分别为激光出射场的中心(光轴)和距离该中心 8mm上、下、左、右位置，测量结果如下：

表1-1 探测器距离衰减器出射面2mm

从表1-1数据可以看到，在距离出射场的中心光轴的不同位置，探测器测得的激光强度，陶瓷板组相对偏差为14％，而陶瓷腔组偏差仅为1.1％，这说明经过陶瓷板后的激光光场均匀性较差，而经过陶瓷腔后的激光光场均匀性较好。

表1-2 探测器距离衰减器出射面10mm

从表1-2数据可以看到，在距离出射场的中心光轴的不同位置，探测器测得的激光强度，陶瓷板组相对偏差为10％，而陶瓷腔组偏差为1.4％，这说明经过陶瓷板后的激光光场均匀性较差，而经过陶瓷腔后的激光光场均匀性较好。

表1-3 探测器距离衰减器出射面30mm

从表1-3数据可以看到，在距离出射场的中心光轴的不同位置，探测器测得的激光强度，陶瓷板组相对偏差为23％，而陶瓷腔组偏差为1.1％，这说明经过陶瓷板后的激光光场均匀性较差，而经过陶瓷腔后的激光光场均匀性较好。

以上三组数据表明，激光经陶瓷板后光场的不均匀性最大超过20％，而经过本发明陶瓷腔后光场的不均匀性在1.4％之内；并且，激光经过陶瓷板后光场的不均匀性还与探测器距离衰减器出射面远近有关，而经过陶瓷腔后光场均匀性基本保持不变(数值偏差在1.4％之内)。从而可以看出，陶瓷衰减腔的出射光均匀性明显优于陶瓷板。

该实验验证了激光经过本发明设置的陶瓷衰减腔后出射的是均匀场，较之陶瓷板余弦分布的出射场能量密度更均匀，因而可以使用小尺寸探测器，并且可以在该均匀场中的任一位置探测，从而使激光能量计的设计技术上更可行，同时可有效避免了探测器的局部损伤问题。

二、抗激光损伤能力测定

方法：对固体激光器(波长1064nm，输出能量800mJ，脉宽8ns)输出光束通过透镜汇聚，被测陶瓷空心腔沿光轴移动，在不同位置处由于光束直径不同，而获得不同的峰值功率密度。通过体视显微镜观察激光作用后被测件表面的损伤情况。

对三个陶瓷空心腔分别测量了其可承受的峰值功率密度，结果如表2：

表2

陶瓷空心腔编号 1# 2# 3# 峰值功率密度(MW/cm2) 405 447 431

说明陶瓷衰减腔可承受的峰值功率密度高于400MW/cm2，完全可用于高激光能量的测量。

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