[發明專利]一種高峰值功率脈沖激光損傷閾值自動測試方法

在審

• 申請號: 201910368871.1
• 申請日: 2019-05-05
• 公開（公告）號: CN110161042A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 金光勇;張巍;王頔;蔡繼興;王耀德;苑博識;馬遙;魏智;李昌立
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種高峰值功率脈沖激光損傷閾值自動測試方法，工作時，通過程控計算機按照預設好的程序，設置損傷用激光器輸出的初始單脈沖能量，設置三維電控目標靶臺的二維移動步長和步數，控制觸發控制單元產生觸發損傷用激光器工作的脈沖信號。每移動一個位置，程控計算機按照預設的激光能量增變化規則，改變能量，同時觸發損傷用激光器出光，作用目標靶材。通過靶材表面損傷點引起的監測損傷照明激光散射特性的變化，表征靶材表面是否損傷。如果發生了損傷，按照半分逼近法，減小和增加激光能量，直到靶材剛好發生損傷。本方法既適用于透明材料的損傷閾值測試，也適合于非透明材料損傷閾值的測試。

技術領域

本發明涉及光學設備技術領域，更具體的說是涉及一種高峰值功率脈沖激光損傷閾值自動測試方法。

背景技術

隨著激光技術的發展，高峰值功率脈沖激光在激光打標、激光打孔、激光內雕等領域越來越成為加工行業的寵兒，其應用領域越來越寬。在激光領域，特別是高峰值功率激光領域，一個重要的因素是光學元件是否能夠承受強激光輻射；在激光加工領域，材料的激光損傷閾值決定了加工激光參數的選擇。因此，在激光應用中，如何在線、迅速、準確地判定高峰值脈沖激光的激光損傷閾值，一直是激光與物質相互作用領域的主要研究內容之一。

對于激光損傷的測試，國際上頒布了ISO-11254-1(激光和激光設備光學表面激光導致損傷閥值的測定第1部分：1-on-1試驗)和ISO 11254-2(測定的光學表面的激光誘導損傷閾值第2部分：S-ON-1試驗)，對激光損傷的判定進行了規范。標準中規定使用100-150倍的顯微鏡對激光輻照后的光學元件和光學薄膜進行觀察，以判斷是否發生損傷。1996年，我國行業研究者，綜合了上述兩個國際標準，頒布了國家標準GB/T16601-1996(光學表面激光損傷閾值測試方法第1部分：1對1測試)，該標準規定了對激光損傷的檢測，是在激光輻照前后，各測試點均應用微分相襯顯微鏡檢測其表面，其放大倍率不小于150倍。上述這些方法，存在很多弊端：

(1)只適合于小塊、薄樣品激光損傷的測試；

(2)屬于事后測試，激光輻照后，將樣品拿下來進行測試，同時需要對激光損傷區域進行事先標記，無法實現自動測試；

(3)只適合于脈沖激光或者固定功率和輻照時間的連續激光和超連續激光，無法實現連續激光和超連續激光損傷臨界的判定；

(4)采用人工方式，會帶來很多不確定性的因素。首先頻繁使樣品往來于損傷測試靶臺和顯微鏡載物臺，樣品表面會帶來劃傷，同時勞動強度大，浪費人力；其次，要在100-150倍的顯微鏡下觀察，區域小，事先標記和損傷點尋找、對準難度大；人工主觀評判激光損傷及其程度，主觀性強，因人而異。

因此，基于上述測試方法存在的問題，國內的許多研究者，根據各自的需求，發展了很多測試方法。1996年，中科院上海光機所報道了基于諾曼斯基偏光干涉儀和CCD相機的判斷光學材料破壞方法；1998年，又報道了基于He-Ne激光器、刀口儀、光電二極管和示波器的激光損傷判定方法。2004年，國防科技大學報道了基于高速PIN光電探測器和示波器，實時監測透射光脈沖和經過延時的散射光脈沖，通過透射光脈沖的畸變，作為透明材料損傷判斷的依據。2010年，西北工業大學分析了影響前向散射法判斷光學薄膜損傷的因素。2014年，西北工業大學提出了聲學法判別薄膜損傷的研究方法。2016年，南京理工大學提出了基于光纖光譜儀探測激光誘導等離子體來判別脈沖激光對目標的損傷。2018年，長春理工大學報道了基于CCD成像的薄膜損傷判別方法。

上述這些方法，對于脈沖激光損傷、固定功率和時間條件下的連續和超連續激光的損傷，完全適合，但是無法適用于高峰值功率脈沖激光損傷閾值自動測試和精確判據。

因此，如何提供一種高峰值功率脈沖激光損傷閾值自動測試方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容