[發明專利]雙光束延遲激光損傷測試系統

有效

• 申請號: 201410336518.2
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104101486A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 趙元安;李澤漢;李大偉
• 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: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 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激光損傷測試，具體涉及一種雙光束延遲激光損傷測試系統。

背景技術

光學薄膜等光學元件是激光系統中不可缺少的基本元件，也是整個系統中最薄弱的環節之一。應用于大能量、高功率激光系統中的光學元件，要求在長時間范圍內穩定工作，或者系統的性能不產生明顯降低。但是光學元件受激光輻照后，即使出現十分微小的瑕疵，也會導致輸出光束質量的下降，同時會造成后續元件的破壞，嚴重時將引起整個系統的癱瘓。光學元件的抗激光損傷特性將直接影響整個系統的設計以及系統運行的性能，因而光學元件的激光損傷問題一直是激光向高能量、高功率方向發展的“瓶頸”，同時也是影響整個激光系統使用壽命的決定性因素之一。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是光學元件的激光損傷閾值。

根據國際標準ISO-11254和ISO-21254，在脈沖激光損傷中，根據激光輻照方式的不同，光學薄膜激光損傷閾值的測試方法主要有以下四種：1-on-1，又稱單脈沖損傷，體現樣品破壞的初始狀態，每個測試點只接受一個激光脈沖輻照，不管出現損傷與否，樣品移至下一個測試點；S-on-1，又稱多脈沖損傷，表現元件在重復頻率激光作用下的累積損傷效果，同樣能量的多個脈沖作用于同一測試點；R-on-1，是探測元件在抗激光損傷方面可達到的最大潛力的方法，對每個測試點進行能量密度以斜坡式漸增的多次輻照；N-on-1，對R-on-1方法的簡化，可用n個脈沖以從小到大的順序以比較分離的能量密度間隔作用于同一測試點。用脈沖激光輻照被測樣品表面，利用三維電控樣品臺在垂直于激光輻照方向的平面內做豎直或水平方向的移動，即可實現1-on-1、S-on-1、R-on-1和光柵掃描等測試方法。國際標準推薦的檢測方法為相襯顯微法，即采用放大倍率100-150倍的Normaski顯微鏡對激光輻照后的光學元件進行觀察，以判斷是否發生激光損傷。

隨著激光技術的發展，超短脈沖激光技術給激光的應用領域和光與物質相互作用的研究帶來了革命性的發展。超短脈沖激光的獲得，突破了因光電響應限制而未能開展的小于皮秒級動力學過程研究的極限，并將有關瞬態動力學研究的領域拓展到飛秒時域，為研究和認識自然界提供了嶄新的方法。研究超快激光作用下光學元件的抗激光破壞問題，對于闡釋超快激光與光學元件作用的物理機制、理清超快激光作用下光學元件的破壞問題，以及探索改善光學材料抗超短脈沖激光損傷能力的途徑，具有非常重要的實際意義。超快激光與光學材料作用過程中的電子弛豫時間在理論分析中有重要作用，但其具體數值在很長時間內都處于理論模擬階段，缺乏實驗論證。雙光束延遲激光輻照系統可以從實驗角度確定激光與材料相互作用時的電子弛豫時間。

盡管現有的專利技術從不同側面介紹了激光損傷閾值測試系統，也有專利將兩組不同波長的激光系統合二為一，但從未有專利將同一脈沖激光分束后做雙光束延遲的概念引入激光損傷閾值測試中，且測試系統大多只適用于脈寬在納秒量級的激光器。已知光在空氣中的傳播速度約為3×10⁸m/s，1ps＝10^-12s，即光在空氣中1ps傳播約0.3mm。通過分光鏡將一束脈沖激光分為兩束，并改變兩束激光到達樣品的路程，可實現雙光束在皮秒至納秒范圍的精確延遲控制，從而對研究激光與材料作用的超快動力學提供實驗基礎。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙光束延遲激光損傷測試系統，該系統適用于不同激光脈寬的光學元件表面激光損傷閾值測試，并且實現系統的自動化控制。

本發明的技術解決方案如下：