[發明專利]光學元件體內激光損傷在線探測方法和裝置

無效

• 申請號: 201210302001.2
• 申請日: 2012-08-23
• 公開（公告）號: CN102841055A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 胡國行;趙元安;李大偉;劉曉鳳;柯立公
• 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: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 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

本發明涉及激光損傷探測，特別是一種光學元件體內激光損傷在線探測方法和裝置。

背景技術

隨著激光通量的提升和紫外激光研究的深入，光學元件的抗破壞能力制約了激光器的發展和紫外領域的研究。激光破壞的產生和生長會導致光束質量及光通量的下降，同時也會造成后續元件的破壞。因此目前評判高功率激光系統中元件質量優劣的一個重要指標就是光學元件的激光損傷閾值。

光學元件的激光損傷可能發生在前、后表面或體內。比如激光薄膜、熔石英玻璃等元件的損傷首先產生于表面；KDP/DKDP晶體的損傷首先產生于體內。因此對KDP/DKDP晶體而言體內激光損傷的探測就顯得尤為重要。相對于表面損傷探測，體內探測技術發展比較緩慢，這主要是由于體內損傷探測受到景深大、容易離焦、表面散射光遠大于體內等因素的制約，使得體內損傷探測難度較大。

現有損傷探測技術中，主要是利用激光與光學元件相互作用產生的各種效應探測光學元件的損傷。比如等離子體閃光判別法、散射法、光熱法、光聲法等。等離子體閃光判別法，主要應用于薄膜表面的損傷探測，當脈沖激光作用于薄膜表面，薄膜內的雜質吸收激光，從而使輻射位置迅速升溫產生氣化，進而物質蒸汽中的原子被激發或離化，形成等離子體閃光。實際上在形成等離子體閃光之前，膜層可能已產生了一定的損傷，所以采用該方法的探測靈敏度較低。散射法主要采用主動式光源照明被檢的光學元件，如果光學元件存在損傷，則損傷點會產生散射光，使得散射光強度或者探測區域圖像發生變化，由此判斷損傷是否產生。光熱法是利用激光輻射引起光學元件表面結構以及性能的變化光熱信號也會隨著發生變化來判斷損傷是否產生。光聲法是采用光學元件表面在損傷后，其膜層內的光聲波的波形發生變形來判斷損傷。分析上述四種方法，等離子閃光、光熱法和光聲法都只能適用于表面損傷的判定。而對體內損傷的判定只能采用散射法。

本文采用透鏡組收集散射光將體內區域成像在探測器上，判斷激光輻照前后圖像的變化情況確定損傷是否產生，這種方法也稱之為圖像相減法。

發明內容

本發明提供一種光學元件體內激光損傷在線探測方法和裝置，適于各類光學元件體內損傷的在線測試，且靈敏度較高。

本發明的技術解決方案如下：

一種光學元件體內激光損傷在線探測方法，應用脈沖激光器發出的激光輻照光學元件體內，觀測光學元件體內激光輻照區域的圖像變化判斷損傷是否產生，其特點在于：所述的脈沖激光器是Nd：YAG脈沖激光器，采用HeNe連續激光照亮光學元件體內激光輻照區域，將大景深、高分辨率的成像裝置從正側面將光學元件體內激光輻照區域成像在探測器上，通過計算機控制損傷在線監測系統和待測光學元件的同步移動，以消除待測光學元件移動帶來的離焦現象。

實施上述光學元件體內激光損傷探測方法的裝置，其特點在于該裝置包含HeNe連續激光器，沿該HeNe連續激光器的輸出光方向依次是雙色鏡、聚焦透鏡和待測光學元件，所述的雙色鏡與光路成45°，在所述的雙色鏡的45°方向設置Nd:YAG激光器，該Nd:YAG激光器發出的激光經所述的雙色鏡反射后與所述的HeNe連續激光器輸出的激光同光路經所述的聚焦透鏡照射在待測光學元件體內，所述的待測光學元件置于樣品平移臺上，在所述的待測光學元件的正側方向是探測裝置移動平臺，在該探測裝置移動平臺有成像透鏡組和CCD探測器，該CCD探測器的輸出端與計算機的輸入端相連，該裝置的光路是，Nd:YAG激光器發出脈沖激光經雙色鏡反射后由聚焦透鏡聚焦在待測光學元件的體內構成一個Nd:YAG激光照射區域；由HeNe激光器發出的連續的HeNe激光透過雙色鏡經聚焦透鏡照亮被Nd:YAG激光照射區域；所述的HeNe激光經探測區域的散射光通過正側面的成像透鏡組收集并成像在CCD探測器上，CCD探測器收集的待測光學元件的損傷數據輸入所述的計算機，該計算機對損傷數據進行處理；

所述的計算機經第一運動控制卡控制第一電機驅動器驅動第一步進電機帶動所述的樣品移動平臺運動，使所述的待測光學元件按需求的軌跡運動，所述的計算機經第二運動控制卡控制第二電機驅動器驅動第二步進電機帶動所述的探測裝置移動平臺運動，使所述的成像透鏡組和CCD探測器整體運動，與所述的待測光學元件的運動相配合，以消除離焦現象。

所述的成像透鏡組為大景深、高分辨率的成像透鏡組。

本發明與在先技術相比較具有以下技術效果：

1、本發明提供了一種噪聲小、分辨率優于5μm、穩定可靠的體內損傷探測裝置。