一种激光收集装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光收集技术领域，尤其涉及一种激光收集装置。


背景技术：

2.光收集器是广泛存在于高功率、高能量激光器系统中的一种必要器件，例如在激光器中引入的分光镜、偏振分光、分光型功率控制器等器件时，部分激光容易在正常传播的光路外散播，从而形成“杂散光”或“废光”，这些“杂散光”或“废光”可能会对其照射到的器件产生激光损伤，甚至导致材料剥离。
3.现有技术中存在一种涡旋式结构用于收集“杂散光”，该结构是利用螺杆上螺纹的凹凸特点来进行多次反射吸光，但是其缺点是通过采用普通金属面直接接收激光，容易使金属面不断被激光烧蚀，金属颗粒会不断溅射至烧蚀点的周围区域，导致放置在周围的光学器件受到金属颗粒溅射而造成污染，导致光学器件的光学属性变差，严重时也可能导致该器件的通光区域被激光损伤。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种激光收集装置，解决了现有技术中通过普通金属面接收激光易导致金属面被激光烧蚀、金属颗粒溅射至烧蚀点周围区域而使得放置在周围的光学器件遭受金属颗粒污染的问题。
5.本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.本实用新型提供了一种激光收集装置，包括壳体、顶板和底板，顶板设于壳体的顶端，底板设于壳体的底端；壳体、顶板和底板构成封闭的腔体；壳体包括相互连接的进光侧壁和多个吸光侧壁；进光侧壁上设有镜片，入射激光通过镜片进入壳体内；多个吸光侧壁上均安装有光吸收片，入射激光经多个光吸收片反射和吸收。
7.进一步的，多个光吸收片中，最后接收入射激光的光吸收片上镀有增透膜，其余的光吸收片上镀有部分反射膜。
8.进一步的，进光侧壁上开设有通光孔和凸台，凸台设于通光孔的内壁上，镜片贴合固定于凸台上。
9.进一步的，通光孔的中心轴与进光侧壁的面法线不平行。
10.进一步的，吸光侧壁上均设有安装孔；光吸收片嵌入吸光侧壁的安装孔内。
11.进一步的，镜片的内表面和外表面均镀有增透膜。
12.进一步的，入射激光在光吸收片上透射的光能被光吸收片吸收，光吸收片上的部分反射膜能够将入射激光的光能在多个光吸收片之间平分。
13.进一步的，壳体的顶端设有密封槽，密封槽内设有密封圈。
14.进一步的，通光孔的内侧设有第一凹槽作为注胶槽，镜片能够部分或全部覆盖第一凹槽。
15.进一步的，吸光侧壁的安装孔内设有固定槽，光吸收片嵌入固定槽内。
16.与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
17.(1)本实用新型的激光收集装置，通过顶板和底板将壳体的两端覆盖封闭以及壳体上的通光孔处安装镜片，使壳体形成密闭空间，可避免壳体内进行光吸收后产生的污染物扩散至外部导致外部器件损坏。
18.(2)本实用新型的激光收集装置，镜片的中心轴与进光侧壁的壁体的面法线存在一定的夹角，使得入射激光的光轴与镜片之间存在一定大小的夹角，避免激光正入射镜片使剩余反射光原路返回，从而避免对相关器件产生损伤。
19.(3)本实用新型的激光收集装置，最后接收到激光的光吸收片上镀有增透膜，剩余光吸收片上镀有部分反射膜，可通过反射膜将壳体内的光能在多个光吸收片之间等分，避免单个光吸收片吸收过多光能，从而达到保护光吸收片的技术效果。
20.本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
21.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
22.图1为本实用新型的激光收集装置的爆炸图；
23.图2为本实用新型的激光收集装置的壳体的结构示意图；
24.图3为本实用新型的激光收集装置的俯视图；
25.图4为本实用新型的激光收集装置的光路图。
26.附图标记：
27.1-壳体；11-进光侧壁；111-通光孔；1111-第一凹槽；112-凸台；113-镜片；12-第一吸光侧壁；121-第一光吸收片；13-第二吸光侧壁；131-第二光吸收片；14-密封槽；15-第一螺纹孔；2-顶板；3-底板。
具体实施方式
28.下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
29.本实用新型实施例结合附图1～图4具体描述如下：
30.根据待吸收的激光功率或能量大小，激光收集装置可设置多个侧壁，多个侧壁相互连接围成截面为多边形的柱体，其中一个侧壁上安装通光镜片，为进光侧壁，其余侧壁上均安装光吸收片，为吸光侧壁，从而激光收集装置中具有多个光吸收片，使得入射激光从镜片射入装置内后被多次反射、吸收后达到光收集的目的。
31.具体地，激光收集装置内，最后接收到激光的光吸收片的光接收面上镀有增透膜，其余的光吸收片上镀有部分反射膜，并且部分反射膜的反射率通过合理设置后能够使所有光吸收片接收到相同的光能，使激光能量被光吸收片等分吸收，有利于保护光吸收片以及
延长装置的使用寿命；
32.设置光吸收片上部分反射膜的反射率时，需要根据激光的传播路径以及光吸收片的数量来确定：假设装置中设有n个光吸收片，则每个光吸收片吸收1/n光能，第一个光吸收片的反射率则设为(n-1)/n，第二个光吸收片的反射率(n-2)/(n-1)，第三个光吸收片的反射率为(n-3)/(n-2)
…
33.例如，当激光收集装置设有4个侧壁，其中一个侧壁上安装通光镜片，其余的侧壁上均安装光吸收片，从而该装置设有1个通光镜片和3个光吸收片，全部的光能可在3个光吸收片之间平分，入射激光依次在前两片光吸收片上进行反射与吸收，最终正入射进入第三片光吸收片，则前三个光吸收片上镀的部分反射膜的反射率分别设置为66.6％、50％、0.2％(接近于0)，使激光能量能三等分地被三片光吸收片吸收，从而使整个装置能承受更高能量的激光。
34.进一步的，激光收集装置中，光吸收片的安装角度应精确设计，使激光在多片光吸收片之间依次反射，最后接收激光的光吸收片的光接收面垂直于从上一片光吸收片反射过来的激光方向，便于使由于镀膜剩余反射率导致的反射光原路返回至上一个光吸收片被进一步吸收。
35.本实施例的一种具体实施方式中，激光收集装置设有3个侧壁，一个用于安装通光镜片，剩余2个用于安装光吸收片，如图1所示，包括壳体1、顶板2和底板3，顶板2设于壳体1的顶端，底板3设于壳体1的底端，壳体1、顶板2和底板3构成封闭的腔体。
36.参见图2，壳体1包括进光侧壁11、第一吸光侧壁12和第二吸光侧壁13，三个侧壁均为方形体并且相互连接形成截面为三角形柱体，第一吸光侧壁12的两端分别连接进光侧壁11、第二吸光侧壁13，三个侧壁连接后使壳体1内为空腔；进光侧壁11的壁体上设有通光孔111，用于使激光穿过，为了保证能够使入射的高斯型能量分布的激光完全进入激光收集装置内，通光孔111的有效通光孔径为待收集激光光斑直径的1.5～2倍；通光孔111内侧壁上设有圆形的凸台112，镜片113通过与凸台112贴合进行定位安装，使入射激光通过镜片113进入壳体1内部被吸收。
37.进一步的，通光孔111的内侧边沿处设有第一凹槽1111作为注胶槽，第一凹槽1111的形状优选半圆形，通光孔111内的镜片113贴合凸台112后能够部分或者全部覆盖第一凹槽1111，在第一凹槽1111内注胶后使胶水接触镜片113从而将镜片113粘贴固定于通光孔111内，半圆形槽有利于胶水的均匀流动，便于胶水在镜片113上均匀分布，加强固定。
38.第一吸光侧壁12和第二吸光侧壁13上均设有安装孔，安装孔优选为方形孔，安装孔的内侧壁上设有固定槽以嵌入安装方形的光吸收片，光吸收片优选具有一定吸收率的玻璃或者晶体材质，安装孔的内侧边沿处设有第二凹槽，第二凹槽的截面形状优选半圆形，半圆形槽有利于胶水的均匀流动，便于胶水在光吸收片上均匀分布；第二凹槽与用于嵌入光吸收片的固定槽连通，当光吸收片嵌入固定槽后，可通过第二凹槽注胶并使胶水渗入固定槽内接触光吸收片，从而将光吸收片粘贴固定在安装孔的固定槽内。
39.进一步的，通光孔111中的镜片113可设为平板镜片，材质优选熔融石英，平板镜片易加工，入射激光通过平板镜片时不改变其传播方向，有利于通过设置两个光吸收片的相对角度限定进入壳体1内的入射激光的路径。
40.进一步的，镜片113的内表面和外表面均镀有增透膜以提高入射激光的透射率。
41.进一步的，参见图3，通光孔111的中心轴与进光侧壁11的壁体的面法线不平行，二者之间存在一定的夹角，示例性的，夹角范围通常在5
°
～10
°
，使得贴合在凸台112上的圆形镜片113相对于进光侧壁11倾斜相同的角度。
42.示例性的，入射激光的光源通常与通光孔111的中心相对，使得入射激光垂直进光侧壁11射入壳体1内，镜片113上的增透膜选为入射角度(入射激光光轴与镜片面法线的夹角)范围0～10
°
入射的增透膜，透过率大于99.5％，损伤阈值大于10j/cm2，因为通光孔111的中心轴与进光侧壁11壁体的面法线之间存在夹角，使入射激光的光轴与镜片113的面法线之间存在相同的夹角，避免了激光正入射镜片113造成剩余反射光原路返回，以保护相关敏感器件避免产生损伤。
43.进一步的，两个光吸收片分别为第一光吸收片121和第二光吸收片131，第一光吸收片121设于第一吸光侧壁12的安装孔内，第二光吸收片131设于第二吸光侧壁13的安装孔内。参见图4，入射激光通过镜片113进入壳体1后发射至第一光吸收片121上被吸收一部分激光后，剩余的激光被第一光吸收片121反射至第二光吸收片131上进行全部吸收。
44.进一步的，第一光吸收片121的表面镀有部分反射膜，使得入射激光一部分透过第一光吸收片121从而被吸收，另一部分被第一光吸收片反射膜反射至第二光吸收片131上，第二光吸收片131的表面镀有增透膜用以降低激光在第二光吸收片131上的反射率，有利于第二光吸收片131能够全部吸收第一光吸收片121反射的激光，避免激光因反射而穿过通光孔111射至装置外从而产生杂散光泄漏。
45.进一步的，通过第一吸光侧壁12与第二吸光侧壁13之间的角度设置，可使第二光吸收片131上的光接收面垂直于经第一光吸收片121反射的入射光线，有利于经第一光吸收片121吸收后剩余的光能能够全部被第二光吸收片131吸收，若第二光吸收片131未将剩余光能完全吸收，可将未吸收的光能原路反射至第一光吸收片121上重复吸收，从而实现将壳体1内的光能全部吸收。
46.进一步的，进光侧壁11、第一吸光侧壁12和第二吸光侧壁13之间为一体化连接，可保证壳体1的密闭性。
47.进一步的，为了保证增透膜、部分反射膜能够达到预期效果，镜片113上的增透膜、第一光吸收片121上的部分反射膜和第二光吸收片131上的增透膜的适用的激光波长等于入射激光的波长；例如，当入射激光的波长是1064nm时，镜片113上的增透膜、第一光吸收片121上的部分反射膜和第二光吸收片131上的增透膜适用的激光波长为1064nm。
48.示例性的，当入射激光波长为1064nm时，为了实现将入射的杂散光全部吸收，第一光吸收片121、第二光吸收片131优选为肖特kg系列玻璃材料，该材料对1064nm激光具有吸收作用，能将光能量转化为热能。第一光吸收片121的光接收面上镀有40
°
～50
°
入射的1064nm反射膜，反射率为50％，损伤阈值为10j/cm2；第二光吸收片131的光接收面上镀有0
°
～10
°
入射范围的1064nm增透膜，反射率小于0.2％，损伤阈值为10j/cm2；第一光吸收片121上部分反射膜的反射率设为50％，使得第一光吸收片、第二光吸收片吸收的光能相同，即入射激光的能量被两个光吸收片等分吸收，避免单个光吸收片吸收过多光能而产生损坏，有利于保护两个光吸收片以及延长光吸收片的使用寿命。
49.壳体1的上端面设有一圈密封槽14，密封槽14内设有密封圈；壳体1的上端面还设有第一螺纹孔15，顶板2上设有第二螺纹孔以对接壳体1的第一螺纹孔15，通过螺钉同时穿
过第一螺纹孔15和第二螺纹孔从而将顶板2固定于壳体1上，并且固定后的顶板2对密封圈具有压紧作用，形成内部密封的效果。
50.壳体1的底端设有底板3，底板3上设有多个螺纹孔，用于与外部机械结构进行固定连接。
51.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。