[发明专利]一种硅基光学限幅器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学限幅器，尤其涉及一种用于激光防护的光学限幅器。

背景技术

自从20世纪60年代激光器问世以来，随着科技的逐步发展，激光器的输出功率越来越大，其输出的激光的强度也越来越高。激光已经成为了现代战争中光电对抗的一个重要方面，由此有关于强激光防护的研究也逐渐受到人们的重视。这是由于强激光很容易损伤人眼、光学仪器等，所以必须采取一定的防护措施，而光学限幅器就是一种能够限制通过其的光束的强度以达到防护目的的器件。

对于一个理想的光学限幅器，它应具有以下特性：对于较弱的入射光，它具有相对较高的透过率，而随着入射光强的逐渐增加，它的透过率会逐渐降低，从而将输出光强稳定于某一阈值，进而起到保护光路中在其之后的光学器件的作用。广义上光学限幅器可以分为主动限幅器和被动限幅器两类。其中，主动限幅器是利用主动反馈来完成光学限幅。例如，用光电探测器获得的信号控制光阑口径以阻止强光进入光学系统。被动限幅器是利用非线性光学介质本身具有的非线性光学性质来实现光学限幅功能。目前光学限幅器的研究主要集中在被动限幅器上，需要寻找新材料(如：纳米材料和有机材料等)以及应用新原理(如：反饱和吸收、双光子吸收、非线性折射和非线性散射等)来制作新颖的、光学性能稳定的光学限幅器。

自聚焦效应是光束经过具有较大的正的非线性折射系数的非线性光学介质所表现出来的一种光学现象，当这类非线性光学介质(如二硫化碳(CS₂)溶液)受到较强的光照射时，介质的折射率发生与光强相关的变化，当照射的光束的强度在光束的横截面上的分布是高斯型(即钟型)，并且该强度足够产生非线性效应的情况下，此时折射率的横向分布也是高斯型的，因此该介质就像会聚透镜一样能够会聚光束。目前已经出现了利用非线性光学介质制备的光学限幅器，例如在光路中设置非线性光学介质和其之后的光阑结构以实现光学限幅的功能，但是它们大多结构较复杂、制作成本较高，因此不利于工业化规模加工生产。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种光学限幅器，通过在光路中设置非线性光学介质，并在该介质之后设置经过激光晶化处理的硅薄膜，来实现限制透射光的光强的功能，达到光学限幅的效果。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种光学限幅器，通过在光路中设置非线性光学介质实现了对光强较强的入射激光的聚焦，通过在该非线性光学介质之后设置经过激光晶化处理的硅薄膜，实现了对聚焦后的入射激光的吸收以达到光学限幅的效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种光学限幅器，其特征在于，包括非线性光学介质和硅薄膜，所述非线性光学介质具有正的非线性折射系数，所述硅薄膜上具有经过激光晶化处理的晶化区域；所述硅薄膜的吸收系数在所述晶化区域的横截面上的分布为沿所述晶化区域的边缘到所述晶化区域的中心的方向递增；入射激光束依次通过所述非线性光学介质和所述硅薄膜的所述晶化区域。

进一步地，所述非线性光学介质是二硫化碳溶液。

进一步地，所述二硫化碳溶液被封装在石英比色皿中。

进一步地，所述入射激光束为高斯光束。

可选地，所述入射激光束的光强大于或等于自聚焦阈值光强，所述入射激光束通过所述非线性光学介质后被聚焦并投射在所述硅薄膜的所述晶化区域上，且经过所述聚焦的所述入射激光束在所述硅薄膜上的光斑的直径小于2倍的所述晶化区域的直径，所述光斑的中心的位置与所述晶化区域的所述中心的位置之间的偏差不大于10％。

可选地，所述入射激光束的光强小于自聚焦阈值光强，所述入射激光束通过所述非线性光学介质后被投射在所述硅薄膜上，且所述入射激光束在所述硅薄膜上的光斑的直径大于2倍的所述晶化区域的直径。

进一步地，进行所述激光晶化处理所采用的激光束为高斯光束，且所述激光束的光斑的直径小于所述入射激光束在通过所述非线性光学介质之前的光斑的直径的二分之一。

进一步地，所述硅薄膜是非晶硅薄膜或纳米硅薄膜。

进一步地，所述硅薄膜的所述吸收系数在所述晶化区域的所述横截面上呈高斯分布。