[發明專利]光學材料的缺陷和光致損傷的檢測裝置

無效

• 申請號: 201210174949.4
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102680447A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 張海波;袁志軍;周軍;樓祺洪;魏運榮;何兵;漆云鳳;杜松濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明屬于光學檢測，特別是一種光學材料的缺陷和光致損傷的檢測裝置。

背景技術

熔融石英和氟化鈣是作為準分子激光腔內光學元件和激光核聚變大型裝置內光學元件的主要材料。光學材料的缺陷中心會引起光學吸收，從而影響光學元件的透過率，在高能量密度激光作用下甚至會產生瞬時或永久的光學損傷，從而會降低光學元件的透射率或系統效率。為了判斷和甄選激光腔內適用的高透過率光學材料，以及快速檢測激光調制的光學元件的光致損傷程度，從而為損傷元件進行修復提供參考。因而，對光學材料的激光感生熒光信號的探測和光致損傷的檢測具有重要意義。

檢測光學損傷的常用方法是利用光譜儀測量樣品的透過率，參見在先技術‘微區光學損傷的測試方法和裝置’[中國專利申請號201010506478]。該技術首先需要利用光學顯微鏡尋找光學損傷的物理位置并進行標記，并利用光譜儀測量樣品損傷前后的透射光譜來計算樣品的透射率。該方法無法直觀地反映微觀的光致損傷，光致損傷區域的檢測需要進行多次操作也增加了檢測的復雜性。

光學材料的缺陷和損傷可引起對傳輸光束的吸收，并通過下轉換輻射熒光。熒光帶的個數和熒光峰的強度可直觀地反映材料的光致缺陷濃度和光致損傷程度，參見文獻‘Laser-induced?fluorescence?of?fused?silica?irradiated?by?ArF?excimer?laser’?[J.?Appl.?Phys.110,?013107?(2011)]。因此，通過分析待測光學材料的激光感生熒光譜能夠方便地判斷和比較相同材料不同牌號的樣品的缺陷濃度、吸收率和透過率，從而為激光腔內選擇具有高透過率、高損傷閾值的光學材料提供參考。另一方面，準確地診斷材料的光致損傷的程度，有助于對受損的光學元件開展修復或更換工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光學材料的缺陷和光致損傷的檢測裝置，該裝置可精確、高速、便捷地測量檢測光學元件的缺陷和光致損傷信息。

本發明的技術解決方案如下：

一種光學材料的缺陷和光致損傷的檢測裝置，其特點在于該檢測裝置由激光器、聚焦透鏡、待測光學樣品、載物臺、成像透鏡、光纖、光柵光譜儀和計算機組成，上述各部件的位置關系如下：

激光器輸出的探測光束經聚焦透鏡聚焦后，入射到置于載物臺上的待測光學樣品，激光激發待測光學樣品產生的熒光信號經成像透鏡后由光纖導入所述的光柵光譜儀，由該光柵光譜儀輸出的熒光信號的光譜和熒光強度信息送所述的計算機顯示。

所述的激光器是具有高脈沖能量、高光子能量的準分子激光器或倍頻YAG激光器，其激光脈沖能量和脈沖重復頻率可調。

所述的待測光學樣品為熔融石英或者氟化鈣晶體等紫外光學材料。

所述的載物臺為空間XYZ三維行程可調的平臺。

所述的光纖為抗紫外輻射的石英光纖，該光纖在190nm-1100nm較寬的光譜范圍內均有較好的透射性，并且紫外激光輻照后透射率不會出現明顯的老化。

所述的光柵光譜儀的波長響應范圍為190nm-1100nm。

準分子激光輸出的光束經透鏡聚焦后，入射到位于載物臺上的待測樣品。樣品在生長的過程中會形成本征缺陷，而且樣品經激光輻照之后可產生光致缺陷損傷。樣品內的光學缺陷或光學損傷產生對入射光的吸收，被吸收的光可激發熒光。這些熒光經成像透鏡會聚，信號經光纖導入光柵光譜儀進行測量，利用計算機對光柵光譜儀測量的熒光峰的中心波長、熒光峰的強度和熒光帶的數量進行分析。由于熒光的強度能夠反映樣品的吸收強度，而熒光帶的中心波長可分析光學缺陷的種類，因而根據激光感生熒光光譜可分析樣品光學缺陷和光學損傷的強度。

本發明也可實現對光學元件進行光學損傷信息的在線檢測。具體實施方式是將準分子激光輸出的光束經透鏡聚焦后，入射到已裝配的光學元件。利用光柵光譜儀分析已裝配的光學元件的熒光光譜，即可實時分析該元件的光致損傷信息。

本發明的技術效果：

本發明通過探測和分析光學材料的熒光帶的數量以及熒光峰的強度，可分析待測樣品的光學缺陷濃度和光致損傷情況。本發明可實現對特定激光波長適用的光學材料的甄選和對材料因強激光輻照引起的光致損傷的在線檢測。

附圖說明

圖1為本發明光學材料的缺陷和光致損傷檢測裝置的結構示意圖；

圖2為ArF準分子激光激發不同類型的材料的熒光光譜圖；

圖3為光學樣品光致損傷前后經ArF準分子激光激發產生的熒光光譜圖；

圖4為本發明光學材料的缺陷和光致損傷檢測裝置的第二實施方案示意圖。