[實用新型]薄膜及光學(xué)元件激光損傷閾值組合測試裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920245571.6
• 申請日: 2009-12-02
• 公開（公告）號: CN201622245U
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇俊宏;徐均琪;梁海鋒;楊利紅;惠迎雪;杭凌俠;朱昌
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01M11/02
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

技術(shù)領(lǐng)域：

本實用新型涉及一種用于薄膜或光學(xué)元件表面激光損傷閾值測試裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種薄膜及光學(xué)元件激光損傷閾值組合測試裝置。

技術(shù)背景：

在大功率高能量激光系統(tǒng)中，存在大量的薄膜元件，這些元件的抗激光損傷能力與系統(tǒng)能否正常有效運行密切相關(guān)。已有研究表明，薄膜元件在強激光下的破壞完全由元件表面薄膜的抗激光能力所決定。因此，隨著高功率激光器應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，薄膜抗激光損傷性能的重要性日益突出，以致激光損傷閾值成為光學(xué)薄膜元件不可缺少的一項性能指標(biāo)。薄膜必須具有高的激光損傷閾值已經(jīng)成為光學(xué)元件抗激光性能的瓶頸，解決這一問題對大功率激光系統(tǒng)的應(yīng)用及激光加固具有重要的意義。而要解決這一問題，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確測出薄膜的激光損傷閾值，因而對光學(xué)薄膜激光損傷閾值的測試也就成為亟待解決的技術(shù)問題。在激光損傷閾值測試過程中，如何在線、實時、快速、準(zhǔn)確的判別薄膜是否損傷成為研究的核心一環(huán)。

多年來，國外對激光與光學(xué)介質(zhì)薄膜損傷過程和閾值測試方法的研究始終是熱點之一。2000年，國際標(biāo)準(zhǔn)化委員會頒布了ISO11254-1和ISO11254-2，這是對激光引起光學(xué)薄膜損傷而制定的國際標(biāo)準(zhǔn)。但是，直至今日，國內(nèi)外尚無符合相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)的成型測試儀器和設(shè)備，其主要原因在于絕大多數(shù)情況下，對薄膜損傷的判別采用相襯顯微法，而這種方法主要靠目視來實現(xiàn)，測試效率低，難以實現(xiàn)自動化、智能化及高速測量。

關(guān)于薄膜樣品的激光損傷閾值計算方式，目前最多使用的有R-on-1和1-on-1兩種方式。其中R-on-1損傷測試方式是指對于被測樣品上的同一點，用遞增的激光能量重復(fù)照射樣品，直到產(chǎn)生損傷為止。測試時要求初始激光能量遠(yuǎn)小于樣品的損傷閾值，記錄下造成樣品損傷的脈沖激光能量，即認(rèn)為是該點的損傷閾值。測出同一樣品上多個點的損傷閾值，求出平均值即為被測樣品的損傷閾值。該種方法由于要對樣品同一點上進(jìn)行多次激光照射，因此存在激光預(yù)處理效應(yīng)，所以很難測到樣品的準(zhǔn)確損傷閾值。1-on-1為零幾率損傷法，即用同一能量的單脈沖照射m個點，記錄下?lián)p傷的次數(shù)n。則每個能量激光輻照損傷概率P＝n/m。改變能量，再測出該能量下的損傷概率，包括損傷幾率為0和100％的能量點。以激光能量為橫軸，損傷幾率為縱軸，得出損傷幾率與激光能量點的分布，再用直線擬合并外推到零損傷幾率，所對應(yīng)的激光能量值即為損傷閾值。

然而，目前存在較大爭議的是對于薄膜損傷與否的判別方式，即薄膜發(fā)生怎樣的變化就認(rèn)為發(fā)生了損傷。目前判別薄膜損傷的方法主要有相襯顯微法、散射光強檢測法、光聲測量法、光熱法等，各種判定方法各有其優(yōu)劣性。其中相襯顯微法是國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11254所推薦的一種檢測方法，這種方法采用放大倍率為100-150倍的Normaski顯微鏡對激光輻照后的薄膜樣片進(jìn)行觀測，以判別薄膜是否發(fā)生損傷，這種方法的主觀性很強，由于個體視覺的差異，不同的測試者可能得到不同的判別結(jié)果，從而導(dǎo)致薄膜激光損傷閾值最終結(jié)果失真，而且這種方法工作強度大，測試效率低，難以實現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的自動化；散射光強方法的原理是：當(dāng)激光以一定的角度斜入射在樣品上時，如果表面的反射點處無疵點，則反射光將按幾何光學(xué)給出的規(guī)律反射，若不讓反射主光線進(jìn)入光電接收器，就幾乎沒有電信號輸出。當(dāng)表面的反射點處不光滑，或被激光照射后產(chǎn)生損傷，則主光線中相當(dāng)部分能量不能定向，而要產(chǎn)生散射，對應(yīng)光電接收器就有電信號輸出，通過探測光電接收器有無電信號輸出，實際上是探測激光輻射前后電信號的變化就可判斷激光照射點是否被損傷，此方法消除了人為因素的干擾，但這種方法對于樣片表面光潔度不高，表面反射率較低的情下，判別存在較大的誤差和誤判的現(xiàn)象。同時，當(dāng)薄膜的厚度不大時，光強散射法的靈敏度也不高。上述這兩種方法還存在的共有問題是：對薄膜的種類要求高，適應(yīng)性差，只有對明確的特定薄膜才能進(jìn)行測試并給出損傷結(jié)果，否則測試結(jié)果將存在較大的誤差或給出誤判的結(jié)果，影響使用，比如高反射膜及增透膜損傷后的對比度不同，相襯顯微法判別的誤差大小也不同；散射光則對于厚度較小薄膜很不明顯，這就要求有相應(yīng)的儀器進(jìn)行測試，在明確種類后，才能選擇合適的方法和設(shè)備進(jìn)行測試，這無疑是很難做到的，增加了大量的測試成本，因此上述方法和設(shè)備的應(yīng)用受到嚴(yán)重制約。

實用新型內(nèi)容：

本實用新型的目的在于提供一種薄膜及光學(xué)元件激光損傷閾值組合測試裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的測試結(jié)果存在較大的誤差、存在誤判可能并且對各種薄膜材料適應(yīng)性差，因此實用性差的問題。