專(zhuān)利名稱(chēng)：激光能量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種激光能量探測(cè)器。
背景技術(shù)：
在激光檢測(cè)過(guò)程中，激光能量的檢測(cè)是非常重要的部分?，F(xiàn)有的激光能量計(jì)，較為先進(jìn)的是以熱釋電器件作為熱探測(cè)器，其具有比一般熱探測(cè)器更高的響應(yīng)速度和靈敏度，且僅對(duì)交變的溫度信號(hào)有響應(yīng)輸出，因此非常適合作為脈沖激光輻射能量探測(cè)器件。在激光脈沖寬度小于一定值(通常為數(shù)百微秒)的情況下，其輸出信號(hào)正比于入射激光能量。但是，現(xiàn)有的激光能量計(jì)，僅可以測(cè)量百焦耳以下的激光能量，高出該激光能量時(shí)，其中的探測(cè)器將遭致?lián)p傷；為適應(yīng)高能量密度激光的測(cè)量，已有的解決方案是在熱釋電探測(cè)器之前加上陶瓷片(參見(jiàn)專(zhuān)利ZL9721512.4，王慰平)使激光能量衰減，從而保護(hù)探測(cè)器不受損傷。此類(lèi)陶瓷片衰減器，通過(guò)反射部分入射的激光能量，減弱出射能量，同時(shí)使出射的激光呈現(xiàn)漫射特性，降低出射激光的能量密度，從而減小激光的破壞能力。但這種方法的缺點(diǎn)是出射光強(qiáng)呈現(xiàn)余弦分布，也即出射光場(chǎng)非均勻場(chǎng)，因此要求探測(cè)器與陶瓷衰減片之間必須非常靠近，且探測(cè)器的面積必須大于或等于陶瓷片面積，以接收全部能量。在入射激光光束直徑較大的情況下，由于難以得到大面積的探測(cè)器，該方法即無(wú)法使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可可以提高抗激光損傷能力，適于對(duì)高密度能量的激光進(jìn)行檢測(cè)的激光能量計(jì)，該激光能量計(jì)可以使用小尺寸探測(cè)器，適用于對(duì)各種入射激光光束的檢測(cè)。
本發(fā)明提供的激光能量計(jì)，在一管狀金屬外殼中依次設(shè)有探測(cè)器、與該探測(cè)器電連接的放大器以及信號(hào)輸出單元，并在所述外殼的激光入射口和所述探測(cè)器之間，設(shè)有一陶瓷空心腔。
所述陶瓷空心腔為封閉的空心柱體，所述柱體的軸向與激光進(jìn)入殼體方向平行；所述陶瓷空心腔柱體側(cè)面與金屬外殼內(nèi)壁密實(shí)連接，經(jīng)普通裝配連接。
上述結(jié)構(gòu)的激光能量計(jì)，所述探測(cè)器的探測(cè)面大小不受限制，一般可在φ5mm～φ25mm中選擇。
上述結(jié)構(gòu)的激光能量計(jì)，所述探測(cè)器可置于所述陶瓷空心腔后方任意位置。如陶瓷空心腔后方軸線上或偏離軸線的地方，距陶瓷空心腔2～30mm的任一位置。
上述結(jié)構(gòu)的激光能量計(jì)，所述探測(cè)器采用鋯鈦酸鉛熱釋電器件作為傳感器。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的激光能量計(jì)，由于在探測(cè)器前設(shè)計(jì)了漫射式空心柱面陶瓷腔作為衰減器，使激光經(jīng)過(guò)陶瓷衰減腔后出射的是均勻場(chǎng)，較之陶瓷板余弦分布的出射場(chǎng)能量密度更均勻，因而可以使用小尺寸探測(cè)器，并且可以在該均勻場(chǎng)中的任一位置探測(cè)，從而使激光能量計(jì)的設(shè)計(jì)技術(shù)上更可行，同時(shí)可有效避免了探測(cè)器的局部損傷問(wèn)題，使本發(fā)明的激光能量計(jì)可用于高能量密度激光的測(cè)量。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種新型的激光能量計(jì)。
本發(fā)明激光能量計(jì)結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1，該激光能量計(jì)有一管狀金屬外殼1，在該外殼1中的后部，依次裝設(shè)有探測(cè)器2、放大器3以及信號(hào)輸出單元4，并且，在該外殼1中的前部(指探測(cè)器2之前)適當(dāng)距離位置，裝設(shè)有一陶瓷空心腔5。
所述陶瓷空心腔5為封閉的空心柱體，所述柱體的軸向與激光進(jìn)入殼體方向平行，即陶瓷空心腔5的前表面接收從殼體1外進(jìn)入的激光；并且陶瓷空心腔5柱體側(cè)面與金屬外殼1內(nèi)壁密實(shí)連接。
在本發(fā)明中，所用探測(cè)器2用鋯鈦酸鉛熱釋電器件作為傳感器，探測(cè)器2通過(guò)電連接放大器3，放大器3再通過(guò)信號(hào)輸出單元4將信號(hào)輸出至一外部顯示單元或計(jì)算單元，該部分結(jié)構(gòu)與連接均可以采用現(xiàn)有激光能量計(jì)的技術(shù)，本發(fā)明不再贅述。
本發(fā)明的探測(cè)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中心軸線上，也可以偏離該中心軸線，因此探測(cè)器的安裝比較簡(jiǎn)便；同時(shí)，該探測(cè)器的探測(cè)面的尺寸也不作限制，不要求使用大于陶瓷空心腔柱面面積的探測(cè)器，并且，由于經(jīng)過(guò)陶瓷空心腔5后出射的激光是均勻場(chǎng)，從理論上說(shuō)，在該均勻場(chǎng)中任意一點(diǎn)測(cè)得的數(shù)值就可以代表該均勻場(chǎng)的數(shù)值，因而可以使用探測(cè)面非常小的探測(cè)器，只要所得到的信號(hào)可以通過(guò)放大器3后得以輸出和顯示就可。
本發(fā)明采用漫射式空心柱面陶瓷腔作為衰減器，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體前表面漫反射，只有少量能量進(jìn)入衰減腔，同樣由于陶瓷材料的高反射率，使入射到腔內(nèi)的光束在腔內(nèi)通過(guò)多次漫反射后，最終形成均勻的出射光場(chǎng)，因此，本發(fā)明可以在其出射光場(chǎng)中采用取樣測(cè)量的方法測(cè)量激光能量，從而可以選擇較小面積的探測(cè)器即可滿足測(cè)量要求，避免了研制大面積探測(cè)器的技術(shù)難點(diǎn)和高額成本。另外，由于出射場(chǎng)是均勻場(chǎng)，較現(xiàn)有技術(shù)余弦分布的出射場(chǎng)能量密度更均勻，有效避免了局部損傷問(wèn)題。
效果實(shí)驗(yàn)一、激光經(jīng)過(guò)不同方式衰減后出射場(chǎng)均勻性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法采用一直徑為2mm的光電探測(cè)器，測(cè)量激光(光束直徑5mm，能量25mJ)分別入射到現(xiàn)有陶瓷板衰減器(直徑40mm)和本發(fā)明陶瓷腔衰減器(柱面直徑40mm)后的出射光場(chǎng)，測(cè)量點(diǎn)分別為激光出射場(chǎng)的中心(光軸)和距離該中心8mm上、下、左、右位置，測(cè)量結(jié)果如下表1-1探測(cè)器距離衰減器出射面2mm

從表1-1數(shù)據(jù)可以看到，在距離出射場(chǎng)的中心光軸的不同位置，探測(cè)器測(cè)得的激光強(qiáng)度，陶瓷板組相對(duì)偏差為14％，而陶瓷腔組偏差僅為1.1％，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)陶瓷板后的激光光場(chǎng)均勻性較差，而經(jīng)過(guò)陶瓷腔后的激光光場(chǎng)均勻性較好。
表1-2探測(cè)器距離衰減器出射面10mm

從表1-2數(shù)據(jù)可以看到，在距離出射場(chǎng)的中心光軸的不同位置，探測(cè)器測(cè)得的激光強(qiáng)度，陶瓷板組相對(duì)偏差為10％，而陶瓷腔組偏差為1.4％，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)陶瓷板后的激光光場(chǎng)均勻性較差，而經(jīng)過(guò)陶瓷腔后的激光光場(chǎng)均勻性較好。
表1-3 探測(cè)器距離衰減器出射面30mm

從表1-3數(shù)據(jù)可以看到，在距離出射場(chǎng)的中心光軸的不同位置，探測(cè)器測(cè)得的激光強(qiáng)度，陶瓷板組相對(duì)偏差為23％，而陶瓷腔組偏差為1.1％，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)陶瓷板后的激光光場(chǎng)均勻性較差，而經(jīng)過(guò)陶瓷腔后的激光光場(chǎng)均勻性較好。
以上三組數(shù)據(jù)表明，激光經(jīng)陶瓷板后光場(chǎng)的不均勻性最大超過(guò)20％，而經(jīng)過(guò)本發(fā)明陶瓷腔后光場(chǎng)的不均勻性在1.4％之內(nèi)；并且，激光經(jīng)過(guò)陶瓷板后光場(chǎng)的不均勻性還與探測(cè)器距離衰減器出射面遠(yuǎn)近有關(guān)，而經(jīng)過(guò)陶瓷腔后光場(chǎng)均勻性基本保持不變(數(shù)值偏差在1.4％之內(nèi))。從而可以看出，陶瓷衰減腔的出射光均勻性明顯優(yōu)于陶瓷板。
該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了激光經(jīng)過(guò)本發(fā)明設(shè)置的陶瓷衰減腔后出射的是均勻場(chǎng)，較之陶瓷板余弦分布的出射場(chǎng)能量密度更均勻，因而可以使用小尺寸探測(cè)器，并且可以在該均勻場(chǎng)中的任一位置探測(cè)，從而使激光能量計(jì)的設(shè)計(jì)技術(shù)上更可行，同時(shí)可有效避免了探測(cè)器的局部損傷問(wèn)題。
二、抗激光損傷能力測(cè)定方法對(duì)固體激光器(波長(zhǎng)1064nm，輸出能量800mJ，脈寬8ns)輸出光束通過(guò)透鏡匯聚，被測(cè)陶瓷空心腔沿光軸移動(dòng)，在不同位置處由于光束直徑不同，而獲得不同的峰值功率密度。通過(guò)體視顯微鏡觀察激光作用后被測(cè)件表面的損傷情況。
對(duì)三個(gè)陶瓷空心腔分別測(cè)量了其可承受的峰值功率密度，結(jié)果如表2表2

說(shuō)明陶瓷衰減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測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種激光能量計(jì)，在一管狀金屬外殼中依次設(shè)有探測(cè)器、與該探測(cè)器電連接的放大器以及信號(hào)輸出單元，其特征在于，在所述外殼的激光入射口和所述探測(cè)器之間，設(shè)有一陶瓷空心腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光能量計(jì)，其特征在于，所述陶瓷空心腔為封閉的空心柱體，所述柱體的軸向與激光進(jìn)入殼體方向平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述激光能量計(jì)，其特征在于，所述陶瓷空心腔柱體側(cè)面與金屬外殼內(nèi)壁密實(shí)連接，經(jīng)普通裝配連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述激光能量計(jì)，其特征在于，所述探測(cè)器為選自規(guī)格為φ5mm～φ25mm的任一尺寸的探測(cè)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述激光能量計(jì)，其特征在于，所述探測(cè)器置于所述陶瓷空心腔后方中心軸線上的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述激光能量計(jì)，其特征在于，所述探測(cè)器置于所述陶瓷空心腔后方偏離中心軸線的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述激光能量計(jì)，其特征在于，所述探測(cè)器距陶瓷空心腔的距離在2～30mm范圍的任一處。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述激光能量計(jì)，其特征在于，所述探測(cè)器采用鋯鈦酸鉛熱釋電器件作為傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光能量計(jì)，是在一管狀金屬外殼中依次設(shè)有探測(cè)器、與該探測(cè)器電連接的放大器以及信號(hào)輸出單元，并且在外殼的激光入射口和探測(cè)器之間，設(shè)有一陶瓷空心腔，該陶瓷空心腔為封閉的空心柱體，柱體的軸向與激光進(jìn)入殼體方向平行。本發(fā)明由于在探測(cè)器前設(shè)計(jì)了漫射式空心柱面陶瓷腔作為衰減器，使激光經(jīng)過(guò)陶瓷衰減腔后出射的是均勻場(chǎng)，因而可以在該均勻場(chǎng)中的任一位置使用小尺寸探測(cè)器探測(cè)，同時(shí)可有效避免探測(cè)器的局部損傷問(wèn)題，使本發(fā)明的激光能量計(jì)可用于高能量密度激光的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J1/42GK1740761SQ20051010553
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者孫之旭, 楊在富, 馬沖, 錢(qián)煥文, 楊景庚, 王嘉睿, 馬萍 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院, 中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫(yī)學(xué)研究所