[發明專利]高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201711059812.3
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107860334B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 吳濤濤;韋成華;周孟蓮;呂玉偉;王立君
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/28
• 代理公司: 61211 西安智邦專利商標代理有限公司
• 代理人: 汪海艷<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：包括沿光路依次設置的探針激光器(1)、光束勻化器(2)、第一介質膜全反鏡(51)、第二介質膜全反鏡(52)及分束鏡(9)，還包括一個積分球(10)和一個攝像機(13)，分別位于分束鏡(9)兩個分光光路中；

金屬薄板(6)位于第一介質膜全反鏡(51)與第二介質膜全反鏡(52)之間；高功率激光束(4)經過第一介質膜全反鏡(51)的反射穿過金屬薄板(6)，在金屬薄板(6)形成燒蝕孔洞(7)后再經過第二介質膜全反鏡(52)反射出光路；

所述探針激光器(1)發射探針激光束(3)進入光束勻化器(2)，勻化后的探針激光束(3)依次穿過第一介質膜全反鏡(51)、金屬薄板(6)上的燒蝕孔洞(7)、第二介質膜全反鏡(52)后經分束鏡(9)分束后分別進入積分球(10)和攝像機(13)；

所述積分球(10)收集透過分束鏡(9)的全部光束，所述攝像機(13)拍攝分束鏡(9)的反射光；

或，所述積分球(10)收集反射出分束鏡(9)的全部光束，所述攝像機(13)拍攝分束鏡(9)的透射光。

2.根據權利要求1所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：還包括位于第二介質膜全反鏡(52)與分束鏡(9)之間的濾光片(8)，所述濾光片(8)的截止范圍包含高功率激光束(4)波段，不包含探針激光束(3)波段。

3.根據權利要求2所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：所述探針激光束(3)為可見激光，探針激光束(3)的激光波長與高功率激光束(4)的波長不同，且探針激光束(3)的激光功率小于高功率激光束(4)的激光功率。

4.根據權利要求3所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：探針激光器(1)發射的激光束的光斑尺寸大于燒蝕孔洞(7)的最大尺寸。

5.根據權利要求4所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：所述的光束勻化器(2)能夠將探針激光器(1)產生的激光轉換成近準直的均勻光束，所述的光束勻化器(2)為微透鏡陣列、二元光學衍射元件。

6.根據權利要求1-5任一所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：所述第一介質膜全反鏡(51)與第二介質膜全反鏡(52)均為石英或K9玻璃材質，表面鍍有均勻的介質膜；

所述第一介質膜全反鏡(51)與第二介質膜全反鏡(52)均對高功率激光束(4)波長范圍的反射率大于99.9％，對探針激光束(3)波長范圍的透過率大于90％。

7.根據權利要求6所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：所述分束鏡(9)與入射光呈45°角，將入射光按固定的強度比分成垂直的兩束光。

8.根據權利要求7所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置，其特征在于：所述攝像機(13)拍攝分束鏡(9)的反射或透射光投影在白屏上的光斑形狀；所述積分球(10)上安裝有光電探測器(11)與信號記錄儀(12)。

9.一種利用權利要求1-8任一所述的高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積實時測量裝置實時測量高功率激光擊穿金屬孔洞形狀和面積的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)開啟探針激光器(1)，將金屬薄板(6)替換為開孔面積為1cm²的光闌(14)，信號記錄儀(12)讀數記為k；

2)調節攝像機(13)的曝光度，獲得清晰光斑圖像；

3)設置高功率激光束(4)的功率P、出光時間T和出光模式；

4)將光闌(14)替換為金屬薄板(6)，加載高功率激光束(4)，同時信號記錄儀(12)開始采集數據V(t)，攝像機(13)開始拍攝；

5)根據公式S(t)＝k*V(t)計算得到激光功率為P條件下金屬薄板(6)面積變化；

6)改變高功率激光束(4)的功率P、出光時間T和出光模式，重復步驟1)-5)得到不同輸入條件下金屬薄板(6)的燒蝕孔洞(7)的形狀和面積變化。