[發明專利]采用放大自發輻射光源測試光學元件損傷閾值裝置和方法

無效

• 申請號: 201310422557.X
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN104062299A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 周瓊;莊亦飛;馮滔;朱健強
• 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: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 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

本發明涉及光學元件，特別是一種采用放大的自發輻射光源測試光學元件損傷的裝置和方法。

背景技術

隨著激光技術的發展和激光器功率水平的提高，對光學元件抗激光破壞能力的要求也越來越高。因此預估光學元件的抗激光破壞能力是必不可少的程序，提高損傷測試的精度具有重要的研究意義。

在光學元件的損傷閾值測試中，一般采用激光束作為測試光源，觀察光學元件在激光作用下性能或者結構發生的變化，并獲得元件在發生臨界損傷時入射激光束的能量密度，包括損傷判定和閾值測試。前者根據樣品種類，制備方法及測試條件等因素的影響，常采用相襯顯微鏡觀測法，散射光檢測法，等離子體閃光法，全息法及熱光偏轉法等手段研究損傷后的形貌。在進行閾值測試時，為了提高測試的準確性，一般采取多個點測試，可分為如下四種方法：1-on-1，s-on-1，n-on-1，r-on-1，而損傷閾值的定義又分為兩種，即零損傷概率閾值和50％損傷概率閾值。以上實驗手段對損傷閾值測試精度的改善集中于損傷形貌判定，測試光源對光學元件損傷的作用方式及閾值計算等，但是尚未有相關技術方案以準確評估光學元件的損傷閾值為目的，針對輻照光源的光場均勻性進行研究和改進。

如果測試光源的光場分布不均勻，即光通量在光束橫截面上具有起伏，光學元件就會在能量密度最大的光束輻照區域最先形成損傷，但是統計能量密度時一般無法準確獲得該區域的能量數據。

激光作為光學元件損傷測試的光源，由于其完全相干性，當通過一系列光學平板如透鏡，衰減片，取樣和分光平板時，在光學元件的兩個表面之間反射的激光束迭加在一起會產生干涉條紋。這些干涉條紋所造成的場分布擾動在非線性傳播中將以指數率增長，并導致介質自聚焦。而且激光的單色性也會導致其在傳輸過程中由于材料的不均勻，灰塵顆粒以及硬邊光闌等形成衍射，產生光場分布的高頻調制。

與單色光相比，寬頻帶光束的光強調制對比度更小，光強分布中的調制峰的強度和個數隨著帶寬的增加而減小，當寬頻光束的帶寬取一定值，光束能實現光滑分布。所以為了提高測試光源的輻照均勻度，可以采取增加光源的頻帶寬度，降低其時間、空間相干性等手段來減少由于光束的干涉和衍射造成的空間光場起伏。

理論和實驗表明，部分相干光的頻譜越寬，發散角越大，越有利于均勻照明。放大的自發輻射(ASE)是產生部分相干光的一種方法。放大的自發輻射是介于激光與熒光之間的一種過渡狀態。由于集居數反轉的程度尚未達到振蕩閾值，激光振蕩沒有形成，它具有光滑的時間分布，均勻的遠場分布和低相干度，但是又與熒光狀態分布不同，具有很小的發散角，較小的脈沖長度和單一的偏振態。采用ASE光束作為光學元件損傷閾值測試的輻照光源，能提高測試光源的輻照均勻度，從而準確評估光學元件表面的損傷閾值。

發明內容

本發明提供一種采用放大自發輻射光源測試光學元件損傷閾值裝置和方法，采用放大的自發輻射光源測試光學元件表面損傷，能減少輻照光源由于光束的干涉和衍射造成的光場起伏，從而準確評估光學元件表面的損傷閾值。

本發明的技術解決方案如下：

一種采用放大自發輻射光源測試光學元件損傷閾值裝置，特點在于該裝置包括ASE光源、能量衰減器、λ/2波片、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第一平凸透鏡、平凹透鏡、楔形取樣鏡、供待測光學元件設置的樣品平臺、小孔光闌、第二平凸透鏡、能量計、CCD探測器和計算機，沿所述的ASE光源的激光輸出方向依次是所述的能量衰減器、λ/2波片、第一高反鏡、第四高反鏡、第一平凸透鏡、平凹透鏡、楔形取樣鏡和待測光學元件，在所述的楔形取樣鏡的反射光方向分別設有第二高反鏡和第三高反鏡，在第二高反鏡的反射光方向是所述的CCD探測器，在第三高反鏡的反射光方向依次是所述的小孔光闌、第二平凸透鏡和能量計，所述的計算機的輸出端與所述的樣品平臺的控制端相連，所述的CCD探測器的輸出端與所述的計算機的第一輸入端相連，所述的能量計的輸出端與所述的計算機的第二輸入端相連，所述的計算機具有采集光場分布和光束能量的軟件以及控制樣品平臺的驅動軟件。

利用上述測試裝置對光學元件損傷的測試方法，該方法包括下列步驟：

①將待測光學元件置于待測樣品平臺上，在計算機的軟件界面設置待測樣品的移動步長、每行測試點數m及行數n；