[發明專利]基于全反射原理的光學元件激光預處理方法及裝置

有效

• 申請號: 201210565352.2
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103056514A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 吳周令;陳堅;吳令奇
• 申請（專利權）人: 合肥知常光電科技有限公司
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/06;B23K26/42
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 金凱

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技術領域

本發明涉及光學材料激光預處理領域，具體是一種基于全反射原理的光學元件激光預處理方法及裝置。

背景技術

近年來，隨著激光技術及其應用的快速發展，特別是激光輸出能量和功率水平的大幅提高，對各類光學元件的光學性能，如吸收特性、缺陷分布及抗激光破壞能力等的要求也越來越高。一些大型激光系統對其光學元件的要求越來越接近現有加工技術的極限，因此僅僅從傳統的元件加工方法和加工工藝上來進行改進以提高光學元件的光學性能不僅在技術上變得越來越困難，而且成本也變得非常昂貴，難以滿足科學研究及大規模應用的要求。

通過激光預處理來提高光學元件的光學性能，特別是其抗激光損傷能力，是一種行之有效的方法。激光預處理技術通常是采用功率密度或能量密度低于光學元件損傷閾值的激光束（亞閾值激光束）對光學元件進行100%覆蓋的輻照處理。?激光預處理能夠有效清除光學元件表面和亞表面缺陷以及元件表面的污染，從而加大幅度提高元件的激光損傷閾值。

在一些大型及超大型激光系統中常用的透明光學材料主要有熔融石英（Fused?Silica）、KDP晶體等。這些材料在實際應用中，其元件表面污染、表面和亞表面缺陷、以及材料體內缺陷等，都是潛在的降低元件抗激光能力的因素。因此根據具體的情況，對表面、亞表面、以及整個元件的通光體積都進行激光預處理能夠較大幅度提高相關原件的激光損傷閾值。

在激光預處理過程中，為了達到更好的處理效果，一般需要采用強度依次增加的激光束對樣品進行多次輻照處理，并且根據具體元件特點要對初始處理的激光強度以及所有后續處理的激光強度等進行合理的控制。此外，由于在超大型強激光系統中的光學元件的損傷閾值要求較高，因此對其進行亞閾值激光預處理需要使用較高的功率或能量密度。這樣一來，利用普通工業商用激光器進行激光預處理，通常需要將光束聚焦成比較小的光斑尺寸才能滿足激光亞閾值預處理所需要的激光功率或能量密度水平。而對樣品100%覆蓋的輻照是通過對樣品進行逐點掃描來實現的。

由于以上原因，激光預處理工藝通常既費時又昂貴，特別是對超大型強激光系統中所需要的光學元件，由于其光學口徑相對很大，激光預處理技術相對更為緩慢和昂貴。以一個口徑0.5米X?0.5米的光學元件為例，如果預處理光斑面積為是1毫米X?1毫米，激光器的重復頻率為10?Hz,?則對其單表面全覆蓋輻照一次就需費時約7個小時。如果工藝要求在5個不同能量水平進行處理，則對其單表面處理完畢將費時35個小時。如果把元件兩個表面都處理完畢，直接掃描時間將費時70小時，如果要進行材料體內處理，耗時將會更長。

發明內容

????本發明要解決的技術問題是提供一種基于全反射原理的光學元件激光預處理方法及裝置，解決現有的激光預處理技術對于提高大口徑光學元件激光損傷閾值過程中因為耗時過長而不能滿足實際使用要求的問題，本發明利用激光束在透明光學元件樣品內部進行多次全反射來回收激光能量并重復利用，并且同時對透明光學元件前亞表面、后亞表面、前后表面以及體內特性進行并行處理，從而能夠大幅提高激光預處理的速度。

本發明的技術方案為：

如圖1所示,將激光光束從透明光學元件的一側面入射到透明光學元件內部并照射到透明光學元件前表面的處理點1，在處理點1處,?激光光束的入射角度滿足光學全反射條件，經由全反射反射至透明光學元件后表面的處理點2處,依此類推,激光光束在透明光學元件內部前后表面之間進行多次全反射,直至最后從透明光學元件另一側面出射。這樣,利用一束激光,經過多次全反射,對透明光學元件前后表面上的處理點1到N以及元件內部各個處理點之間激光光束經過的區域都進行了輻照處理.基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置，包括有激光光源、設置于激光光源的后端和透明光學元件一側面之間的激光能量調整控制裝置、激光光束整形處理裝置、激光光束分光楔板光束角度調整裝置，激光光束分光楔板的第一反射輸出端后設置有CCD成像裝置，其第二反射輸出端后設置有分光裝置，分光裝置的兩分光輸出端后分別設置有光電探測器和激光能量測量裝置。

所述的基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置還包括有相對透明光學元件另一側面設置的激光光束吸收裝置。

所述的光學角度調整裝置選用激光高反鏡，所述的激光高反鏡固定于激光高反鏡裝夾調整裝置上。