[發明專利]一種光學元件非線性效應I*L值的測試方法及裝置

有效

• 申請號: 202010563416.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111579221B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 單翀;趙曉暉;高妍琦;崔勇;季來林;李小莉;饒大幸;劉棟;夏蘭;鄭權;趙元安;劉曉鳳;朱翔宇
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院上海激光等離子體研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 上海智力專利商標事務所(普通合伙) 31105
• 代理人: 杜冰云;周濤

本發明公開了一種光學元件非線性效應I*L值的測試方法及裝置，所述方法通過利用焦距小于光學元件厚度的透鏡并通過調整光學元件的位置的方法將激光束聚焦在光學元件體內，同時將激光輻照在待測光學元件入射面的激光能量密度調整至小于待測光學元件入射面的激光損傷閾值，模擬出了非聚焦條件下的擾動誘導小尺度自聚焦效應，解決了傳統測試方法中由于光學元件入射面損傷先于體內自聚焦成絲損傷發生，因而由光學元件入射面損傷帶來的散射、缺陷吸收等激光損耗的問題，不僅提高了測試精度，也為光學元件在高功率激光裝置中的安全使用以及提高材料的抗激光損傷能力提供更多的幫助。

技術領域

本發明涉及光學檢測技術領域，尤其涉及一種光學元件非線性效應I*L值的測試方法及裝置。

背景技術

在激光慣性約束聚變中，由于非線性小尺度自聚焦效應引起的光學元件成絲損傷成為限制激光輸出功率以及增加裝置運行風險和成本的瓶頸問題。小尺度自聚焦效應是由于激光在非線性介質傳輸過程中的位相和振幅調制引起的光束局部不穩定，從而使光束分裂成一根根高強度的細絲誘導材料損傷。非線性介質的I*L數值是評估其小尺度自聚焦效應的重要依據之一，I為入射激光峰值功率密度，L為成絲損傷起始點到光學元件入射面的距離。一個精準的I*L數值不僅可以為高功率激光裝置提供一個安全使用范圍，也是研究如何提高材料小尺度自聚焦閾值以及提高激光功率輸出的前提。

在傳統的非線性介質的I*L數值測試方法中，通常選用平行光非聚焦輻照，或者高斯光束利用長焦距透鏡聚焦以達到景深長度大于測試樣品長度的效果，從而模擬平行光輻照非線性介質的情況。但是對于大多數非線性光學元件的激光損傷首先發生于光學元件入射面，如熔石英材料等。因此傳統測試方法測量光學元件的I*L數值過程中，存在光學元件入射面率先發生的激光損傷所引入的散射、缺陷吸收等問題會極大的衰減激光入射至體內的峰值功率密度，從而影響測試結果精度。

由于現有的光學元件I*L數值測試方法很難保證針測試的精度，因此需要發明一種針對無光學元件入射面損傷的光學元件I*L數值測試方法。這對評估光學元件的三階非線性效應以及研究材料小尺度自聚焦成絲損傷特性有著重要的意義。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種光學元件非線性效應I*L值的測試方法及裝置，通過采用將激光束聚焦在光學元件體內的方法，模擬了非聚焦條件下的擾動誘導小尺度自聚焦效應，解決了傳統測試方法中由于光學元件入射面損傷先于體內自聚焦成絲損傷發生，因而由光學元件入射面損傷帶來的散射、缺陷吸收等激光損耗的問題，不僅提高了測試精度，也為光學元件在高功率激光裝置中的安全使用以及提高材料的抗激光損傷能力提供更多的幫助。

一種光學元件非線性效應I*L值的測試方法，具體包括以下步驟：

S1，調整待測光學元件的位置，使光學元件非線性效應測試裝置射出的激光聚焦的焦點落在所述待測光學元件內部；

S2，將激光輻照在待測光學元件入射面的激光能量密度調整至小于待測光學元件入射面的激光損傷閾值，并用CCD相機記錄待測光學元件內部成絲損傷頭部位置距待測光學元件入射面的距離L；

S3，根據待測光學元件內部成絲損傷頭部位置距待測光學元件入射面的距離L，計算待測光學元件入射面至成絲損傷頭部位置的峰值功率密度I，從而計算得到待測光學元件在當前激光能量密度的激光輻照下的I*L值；

S4，重復步驟S2、S3，使不同激光能量密度的激光輻照在待測光學元件的不同位置，從得到的所有I*L值中選取最小值作為待測光學元件的非線性I*L數值。

優選地，所述步驟S3中根據待測光學元件內部成絲損傷頭部位置距待測光學元件入射面的距離L計算峰值功率密度I的具體步驟為：

將待測光學元件內部成絲損傷頭部位置距待測光學元件入射面的距離L按照測試精度細分為N段單位長度，利用光線傳輸ABCD矩陣算法，計算出距離待測光學元件入射面的第N段單位長度L_N處的光斑面積S_N；