[發(fā)明專利]一種激光損傷光學(xué)元件過程的記錄方法及其裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410228431.3
• 申請日: 2014-05-27
• 公開（公告）號: CN104048813A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉陽;王畢藝;于彥明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍總參謀部第五十四研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01B11/24
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光對光學(xué)元件損傷過程的動(dòng)態(tài)記錄方法及其裝置，可用于激光加工、光學(xué)元件的檢測、激光與物質(zhì)相互作用的機(jī)理分析等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光學(xué)元件通常由基底材料和表面光學(xué)薄膜組成，是構(gòu)成各類光學(xué)系統(tǒng)的主要部件。光學(xué)元件在強(qiáng)激光輻照下會(huì)出現(xiàn)各種不同程度的損傷，目前對該損傷進(jìn)行檢測和記錄的方法主要有顯微觀測、散射光法、光熱光聲法、掃描電鏡法、干涉法、全息探測法、等離子體閃光法等。其中，能夠?qū)崟r(shí)檢測并記錄損傷過程的主要有散射光法和等離子體閃光法。

散射光法是將可見的He-Ne激光以一定角度斜入射到輻照激光在光學(xué)元件表面的入射點(diǎn)，當(dāng)該表面在輻照激光作用下發(fā)生損傷時(shí)，He-Ne激光散射光的能量也將出現(xiàn)變化，因此可以通過He-Ne激光散射光的能量變化來判斷激光損傷的發(fā)生；等離子體發(fā)光法是通過觀察光學(xué)元件在激光輻照下所產(chǎn)生的等離子體發(fā)光現(xiàn)象來判斷元件是否損傷。

可以看出，上述散射光法與等離子體發(fā)光法是通過散射光能量變化或者發(fā)光現(xiàn)象進(jìn)行損傷檢測的，因此其并不能以直觀的圖像來顯示整個(gè)損傷過程，對損傷機(jī)理的分析幫助不大，也不能反映損傷發(fā)生的程度。而且，在連續(xù)激光或長脈沖激光輻照時(shí)，等離子體閃光比較弱，很多時(shí)候甚至不能反映損傷的發(fā)生。

由此，以上現(xiàn)有方法在檢測和記錄激光對光學(xué)元件的損傷方面存在如下主要缺陷：

1、無法對光學(xué)元件的損傷動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行記錄，在高功率或者高能量激光的某些應(yīng)用，如激光加工、激光損傷等應(yīng)用中，測試者更加關(guān)注的是損傷發(fā)生的過程，例如，在一定的到靶功率或能量密度下，光學(xué)元件能否發(fā)生損傷、損傷的過程、程度和發(fā)展速度等。

2、對損傷過程中元件功能的變化關(guān)注不夠，由于光學(xué)元件功能的變化對整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的工作有重要影響，有時(shí)用元件功能的變化判斷是否存在損傷更加合理。

因此對于激光損傷光學(xué)元件的檢測和記錄方法提出了以下新的要求：一是需要可以實(shí)時(shí)檢測并記錄損傷發(fā)生的動(dòng)態(tài)過程；二是要求可以直觀反映損傷發(fā)生的程度；三是要求能夠反映光學(xué)元件受到損傷后功能的變化。而檢測并記錄光學(xué)元件在激光輻照下，形貌和功能的動(dòng)態(tài)變化過程是現(xiàn)有技術(shù)所不具備的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激光損傷光學(xué)元件過程的記錄方法，能夠在激光損傷光學(xué)元件時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測和記錄光學(xué)元件在激光輻照下表面形貌的變化，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)同步記錄光學(xué)元件在激光輻照下功能發(fā)生的變化。

為達(dá)到上述目的，本方法包括如下步驟：

第一步、將輻照激光與He-Ne激光調(diào)整至同軸；關(guān)閉輻照激光，打開He-Ne激光，將He-Ne激光投射于受試光學(xué)元件中表面一點(diǎn)，該點(diǎn)記為激光輻照點(diǎn)A。

第二步、采用表面記錄相機(jī)和功能記錄相機(jī)聚焦于成像點(diǎn)A，調(diào)整表面記錄相機(jī)的鏡頭焦距使其對激光輻照點(diǎn)A處的表面成像；同時(shí)設(shè)置第一補(bǔ)光光源和第二補(bǔ)光光源投射光線至激光輻照點(diǎn)A，分別對表面記錄相機(jī)和功能記錄相機(jī)的成像進(jìn)行補(bǔ)光。

第一補(bǔ)光光源的投射光線經(jīng)激光輻照點(diǎn)A反射至表面記錄相機(jī)中；第二補(bǔ)光光源的投射光線經(jīng)激光輻照點(diǎn)A反射至功能記錄相機(jī)中，在第二補(bǔ)光光源與光學(xué)元件之間的光路上設(shè)置分辨率板；移動(dòng)分辨率板的位置，并調(diào)節(jié)功能記錄相機(jī)的焦距，使其對經(jīng)A點(diǎn)反射的分辨率板成像。

第三步、關(guān)閉He-Ne激光，打開輻照激光，采用表面記錄相機(jī)對光學(xué)元件表面激光輻照點(diǎn)A處的表面圖像進(jìn)行記錄，采用功能記錄相機(jī)對經(jīng)激光輻照點(diǎn)A反射的分辨率板圖像進(jìn)行記錄。

第四步、激光輻照結(jié)束后，利用表面記錄相機(jī)所采集的各幀表面圖像與標(biāo)準(zhǔn)表面圖像進(jìn)行對比，根據(jù)各幀表面圖像與標(biāo)準(zhǔn)表面圖像之間的表面形貌變化，分析在不同的激光輻照時(shí)間下，受試光學(xué)元件的形貌損傷程度。

標(biāo)準(zhǔn)表面圖像為在無輻照激光和He-Ne激光入射的情況下，表面記錄相機(jī)所采集的A點(diǎn)的表面圖像。

利用功能記錄相機(jī)采集各幀分辨率板圖像，與標(biāo)準(zhǔn)分辨率板圖像進(jìn)行對比，根據(jù)各幀分辨率板圖像和標(biāo)準(zhǔn)分辨率板圖像間相對位置點(diǎn)以及圖形畸變，計(jì)算得出其激光輻照過程中圖像的位置點(diǎn)的相對偏移量或者灰度變化，并對圖形畸變情況進(jìn)行分析，從而獲得受試光學(xué)元件的功能在激光照射下的損傷過程以及損傷程度。

標(biāo)準(zhǔn)分辨率板圖像為在無輻照激光和He-Ne激光入射的情況下，功能記錄相機(jī)所采集的經(jīng)A點(diǎn)反射后的分辨率板圖像。

優(yōu)選地，若輻照激光為脈沖體制激光，則設(shè)置表面記錄相機(jī)和功能記錄相機(jī)的幀頻均與激光脈沖的頻率相同；若輻照激光為連續(xù)或者準(zhǔn)連續(xù)激光，則設(shè)置表面記錄相機(jī)和功能記錄相機(jī)的幀頻相同。