一种用于高功率激光的真空滤波模块及其制作方法和应用与流程

1.本发明涉及大功率大能量激光器技术领域，特别涉及一种空间滤波器中的真空滤波模块及其制作方法和应用。


背景技术：

2.在大功率大能量激光器中，不可避免存在光学元件引起的非线性效应。非线性效应会引起激光介质折射率分布发生变化，从而导致激光发生自聚焦效应。由于光学元件表面以及内部的损伤点、微小不透明污点、元件的不均匀性以及光路不均匀性和光路中的灰尘等，当激光束经过光学元件传输时，这些污点和灰尘等引起的散射会使光束不可避免地受到空间调制。受空间调制的影响，激光束的近场强度和相位分布中的部分中高频成分会随传输距离的增加而出现非线性效应迅速增长，导致光束中出现小尺度自聚焦和激光成丝等非线性现象。小尺度自聚焦现象是强激光束在非线性介质中传输时产生自聚焦成丝、介质击穿以及引起激光能量损失的主要原因。
3.对于高功率激光器，如何有效抑制光束传输中非线性效应增长较快的中高频成分，是保护光学元件、提高光束传输效率和减少光束能量损失的的关键问题之一。
4.典型的空间滤波器包括一个聚焦透镜和一个准直透镜及其公共焦点上的一个滤波小孔。由于光束聚焦后，在焦平面上越高的空间频率离远场分布中心越远，因此可以通过在焦平面上放置一个滤波小孔将空间频谱中的中高频成份拦截掉，滤波后的光束再被第二个透镜准直，以此来实现光束的低通滤波。除了空间滤波功能，空间滤波器还具有口径匹配和像传递等功能。所谓像传递就是将放大级整形模块输出的光束无畸变地逐级成像向后一直传输，通过缩短光束的有效传输距离，减小衍射效应以提高光束近场质量。口径匹配则是通过空间滤波器来调整光束的输出尺寸，以适应前后光学系统各自对光束尺寸的要求。在大功率大能量激光器中，滤波处理需要在真空环境下完成，以防击穿空气，故如何将滤波小孔放置在真空环境是关键问题。
5.在实现本发明的过程中，发明人发现：现有的真空滤波模块中，将滤波小孔放进真空玻璃管内部，采用熔接的方法进行滤波小孔的固定，对加工过程中的技术要求高，不易制作大功率激光所需的超长滤波管。同时采用熔接法制作的真空滤波器无法实现更换滤波小孔，不能满足不同直径入射光束所需的小孔大小。此外，将聚焦透镜和准直透镜安装在滤波器上，不便于在激光器系统中进行后续光束的调节，进而增加系统所需光学元件个数。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种空间滤波器中的真空滤波模块；
7.本发明还提供了上述真空滤波模块的制作方法和应用；
8.本发明方便加工制作，能够满足不同光束系统的需求，便于调节。
9.本发明的技术方案为：
10.一种空间滤波器中的真空滤波模块，包括入射镜片、第一玻璃管、滤波小孔、第二
玻璃管、出射镜片，所述入射镜片连接所述第一玻璃管的一端通光口，所述第一玻璃管的另一端通光口活动连接所述滤波小孔的一面，所述滤波小孔的另一面活动连接所述第二玻璃管的一端通光口，所述第二玻璃管的另一端通光口连接所述出射镜片；所述第一玻璃管和所述第二玻璃管的下侧均设置有通气口。
11.通气口与真空泵相接，对第一玻璃管及第二玻璃管内部进行抽真空。使用真空泵，对通气口进行管内抽真空，抽真空完成后，对通气口进行密封处理。
12.根据本发明优选的，所述第一玻璃管的另一端通光口通过金属强力胶水连接所述滤波小孔的一面，所述滤波小孔的另一面通过金属强力胶水连接所述第二玻璃管的一端通光口。
13.本发明创新性地提出采用胶粘方式将滤波小孔放置在第一玻璃管和第二玻璃管中间，避免一根玻璃管内采用熔融方式固定滤波小孔的不易操作性，适用于高功率激光所需超长滤波管的制作，同时可在实际使用中根据需求更换滤波小孔孔径。
14.根据本发明优选的，所述第一玻璃管及所述第二玻璃管均为t字型玻璃管，所述第一玻璃管及所述第二玻璃管的下侧管道口处设有通气口。
15.t字型玻璃管结构可自行完成抽真空操作，实现不同真空度指标。
16.根据本发明优选的，所述入射镜片与所述第一玻璃管的一端通光口的连接处、所述第一玻璃管的另一端通光口与所述滤波小孔的一面的连接处、所述滤波小孔的另一面与所述第二玻璃管的一端通光口的连接处，以及所述第二玻璃管的另一端通光口与所述出射镜片的连接处均使用密封胶进行密封。
17.根据本发明优选的，所述滤波小孔为圆片状，所述滤波小孔的中心位置处设有通光小孔。
18.根据本发明优选的，所述入射镜片和出射镜片的两侧均镀有增透膜。
19.根据本发明优选的，所述入射镜片和出射镜片的两侧均镀有高透膜的窗口片。能够减小真空管的长度，滤波小孔固定位置与入射镜片和出射镜片无关，降低真空滤波模块的制作难度。
20.根据本发明优选的，所述入射镜片和出射镜片均为平面镜。入射镜片和出射镜片均为平面镜，可应用于各种聚焦透镜和准直透镜组合中。
21.根据本发明优选的，所述第一玻璃管及所述第二玻璃管内的真空度不少于10
‑5pa。
22.上述真空滤波模块的制作方法，包括步骤如下：
23.(1)将滤波小孔一面涂上金属强力胶水，第一玻璃管一端通光口与涂有金属强力胶水的滤波小孔的一面粘牢；
24.(2)将滤波小孔另一面涂上金属强力胶水，第二玻璃管一端通光口与涂有金属强力胶水的滤波小孔的另一面粘牢；
25.(3)使用密封胶密封滤波小孔两面与第一玻璃管、第二玻璃管的胶粘区域；
26.(4)使用金属强力胶水将第一玻璃管另一端通光口与入射镜片粘牢，使用金属强力胶水将第二玻璃管另一端通光口与出射镜片粘牢；
27.(5)使用密封胶密封第一玻璃管与入射镜片、第二玻璃管与出射镜片的胶粘区域；
28.(6)将第一玻璃管与第二玻璃管的下侧通气口与真空泵相接，对第一玻璃管与第二玻璃管的管内部进行抽真空，并密封第一玻璃管与第二玻璃管的下侧通气口。
29.上述真空滤波模块的应用，真空滤波模块的两端分别为聚焦透镜和准直透镜，是指：在高功率大能量激光器中，激光束能量放大一定程度时，光束质量和光斑形状变差，不利于后续激光能量放大。在真空环境下滤除激光束传播过程中的中高频成分，抑制光束中出现小尺度自聚焦和激光成丝等非线性现象，提高光束质量，避免造成晶体损伤、空气击穿以及激光能量损失。光束经过聚焦透镜聚焦，进入真空滤波模块滤波处理，再通过准直透镜进行光束准直。
30.本发明与现有的制作方法相比，其显著的优点是：
31.1、本发明采用胶粘的方式进行滤波小孔的固定，方便后续滤波小孔的更换与调整，降低滤波小孔固定的工艺难度。
32.2、本发明采用“t”字型玻璃管，可在滤波器加工制作完成后，进行抽真空操作，降低工艺要求。
33.3、本发明采用平面镜作为通光口径，该空间滤波模块可应用于各种聚焦透镜与准直透镜的组合中，灵活方便。
34.4、本发明将滤波小孔放置在玻璃管外部，便于大功率激光系统所需的超长滤波管制作。
附图说明
35.图1为本发明真空滤波模块的详细结构示意图；
36.图2为本发明滤波小孔的结构示意图；
37.图3为本发明真空滤波模的块结构示意图；
38.1、入射镜片，2、第一玻璃管，3、滤波小孔，4、第二玻璃管，5、出射镜片,6、金属强力胶水，7、密封胶，8、通气口。
具体实施方式
39.下面通过说明书附图和实施例对本发明作进一步详细描述，但不限于此。
40.实施例1
41.一种空间滤波器中的真空滤波模块，如图1、图3所示，包括入射镜片1、第一玻璃管2、滤波小孔3、第二玻璃管4、出射镜片5，入射镜片1连接第一玻璃管2的一端通光口，第一玻璃管2的另一端通光口活动连接滤波小孔3的一面，滤波小孔3的另一面活动连接第二玻璃管4的一端通光口，第二玻璃管4的另一端通光口连接出射镜片5；第一玻璃管2和第二玻璃管4的下侧均设置有通气口8。
42.通气口8与真空泵相接，对第一玻璃管2及第二玻璃管4内部进行抽真空。使用真空泵，对通气口8进行管内抽真空，抽真空完成后，对通气口8进行密封处理。
43.实施例2
44.根据实施例1所述的一种空间滤波器中的真空滤波模块，第一玻璃管2的另一端通光口通过金属强力胶水6连接滤波小孔3的一面，滤波小孔3的另一面通过金属强力胶水6连接第二玻璃管4的一端通光口。
45.本发明创新性地提出采用胶粘方式将滤波小孔3放置在第一玻璃管2和第二玻璃管4中间，避免一根玻璃管内采用熔融方式固定滤波小孔3的不易操作性，适用于高功率激
光所需超长滤波管的制作，同时可在实际使用中根据需求更换滤波小孔3孔径。滤波小孔3胶粘固定时，滤波小孔3两侧先后分开胶粘，确保滤波小孔3中心与第一玻璃管2、第二玻璃管4中心在同一水平线，两侧胶粘厚度均匀。
46.滤波小孔3采用胶粘的方式进行固定，第一玻璃管2及第二玻璃管4的玻璃的软化温度约为500℃左右，远高于所用固定的胶水的软化温度(100℃左右)，故可通过加热方式更换所需滤波小孔3的尺寸。
47.第一玻璃管2及第二玻璃管4均为t字型玻璃管，第一玻璃管2及第二玻璃管4的下侧管道口处设有通气口8。
48.t字型玻璃管结构可自行完成抽真空操作，实现不同真空度指标。
49.入射镜片1与第一玻璃管2的一端通光口的连接处、第一玻璃管2的另一端通光口与滤波小孔3的一面的连接处、滤波小孔3的另一面与第二玻璃管4的一端通光口的连接处，以及第二玻璃管4的另一端通光口与出射镜片5的连接处均使用密封胶7进行密封。
50.如图2所示，滤波小孔3为圆片状，滤波小孔3的中心位置处设有通光小孔。
51.入射镜片1和出射镜片5的两侧均镀有增透膜。
52.入射镜片1和出射镜片5的两侧均镀有高透膜的窗口片。能够减小真空管的长度，滤波小孔3固定位置与入射镜片1和出射镜片5无关，降低真空滤波模块的制作难度。
53.入射镜片1和出射镜片5均为平面镜。入射镜片1和出射镜片5均为平面镜，可应用于各种聚焦透镜和准直透镜组合中。
54.第一玻璃管2及第二玻璃管4是空间滤波模块的主体部分，入射镜片1、出射镜片5分别放置在第一玻璃管2及第二玻璃管4外侧。使用时，第一玻璃管2及第二玻璃管4内部为真空状态，根据应用系统对真空度的要求不同，第一玻璃管2及第二玻璃管4的真空度可达到不同指标，第一玻璃管2及第二玻璃管4内的真空度不少于10
‑5pa。
55.实施例3
56.实施例1或2任一所述的真空滤波模块的制作方法，包括步骤如下：
57.(1)将滤波小孔3一面涂上金属强力胶水6，第一玻璃管2一端通光口与涂有金属强力胶水6的滤波小孔3的一面粘牢；
58.(2)将滤波小孔3另一面涂上金属强力胶水6，第二玻璃管4一端通光口与涂有金属强力胶水6的滤波小孔3的另一面粘牢；
59.(3)使用密封胶7密封滤波小孔3两面与第一玻璃管2、第二玻璃管4的胶粘区域；
60.(4)使用金属强力胶水6将第一玻璃管2另一端通光口与入射镜片1粘牢，使用金属强力胶水6将第二玻璃管4另一端通光口与出射镜片5粘牢；
61.(5)使用密封胶7密封第一玻璃管2与入射镜片1、第二玻璃管4与出射镜片5的胶粘区域；
62.(6)将第一玻璃管2与第二玻璃管4的下侧通气口8与真空泵相接，对第一玻璃管2与第二玻璃管4的管内部进行抽真空，抽真空完成后，密封第一玻璃管2与第二玻璃管4的下侧通气口8。
63.实施例4
64.实施例1或2任一所述的真空滤波模块的应用，真空滤波模块的两端分别为聚焦透镜和准直透镜，是指：在高功率大能量激光器中，激光束能量放大一定程度时，光束质量和
光斑形状变差，不利于后续激光能量放大。在真空环境下滤除激光束传播过程中的中高频成分，抑制光束中出现小尺度自聚焦和激光成丝等非线性现象，提高光束质量，避免造成晶体损伤、空气击穿以及激光能量损失。光束经过聚焦透镜聚焦，进入真空滤波模块滤波处理，再通过准直透镜进行光束准直。