[發(fā)明專利]激光光學(xué)元器件長壽命預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011146155.8
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112326197B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王胭脂;郭可升;陳瑞溢;張宇輝;朱曄新;朱美萍;張偉麗;王建國;孫建;易葵;邵建達
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種激光光學(xué)元器件壽命預(yù)測方法，旨在解決現(xiàn)光學(xué)元器件在任意通量照射下長時間使用的壽命預(yù)測問題；本發(fā)明包括：以激光脈沖次數(shù)為變量，以對應(yīng)脈沖次數(shù)下的損傷閾值為因變量擬合獲得光學(xué)元器件特定激光參數(shù)下的閾值函數(shù)。利用高重復(fù)頻率激光在相對較短時間內(nèi)實現(xiàn)較多脈沖次數(shù)的激光損傷閾值測試實驗。通過測試高重復(fù)頻率激光下的閾值函數(shù)，以及同一脈沖數(shù)下高重頻激光與目標激光的閾值差值對脈沖次數(shù)的函數(shù)，從而得到壽命預(yù)測函數(shù)預(yù)測模型。本發(fā)明可以對激光光學(xué)元器件的壽命測試進行加速實驗，縮短測試時間，應(yīng)用本發(fā)明測試結(jié)果可以獲得特定脈沖次數(shù)下的光學(xué)元器件使用壽命；本發(fā)明適用于激光光學(xué)元器件壽命預(yù)測領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光光學(xué)元器件，特別是一種激光光學(xué)元器件長壽命的測試方法。

背景技術(shù)

激光光學(xué)元器件壽命為光學(xué)元器件承受一定通量的激光輻照，不發(fā)生生長性、功能性損傷時的最大脈沖次數(shù)。通常，光學(xué)元器件的壽命要求和激光器、系統(tǒng)裝置運行時間要求相關(guān)。對于空間激光器的光學(xué)元器件，使用壽命要求長達幾年甚至十幾年，對光學(xué)元器件進行這么長時間的測試是不現(xiàn)實也是不經(jīng)濟的。而長壽命方面的激光元件壽命測試方法目前尚無。

一般光學(xué)元器件的壽命測試通常是在使用條件下進行相應(yīng)條件的壽命測試。一般加速測試參數(shù)(如壓力、通量等)也通常是直接提高參數(shù)來進行加速測試。而光學(xué)元器件的壽命不能通過簡單的增加脈沖重復(fù)頻率來加速壽命試驗，這是因為光學(xué)元器件的損傷性能和激光的重復(fù)頻率參數(shù)相關(guān)，重復(fù)頻率的改變可能改變損傷發(fā)生的機制，因此要進行合理的加速試驗，必須和其使用條件具有可比擬性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是提供一種激光光學(xué)元器件長壽命的測試方法，該方法利用高重復(fù)頻率的激光及目標激光結(jié)合進行測試，確定高重復(fù)頻率下激光損傷閾值與脈沖數(shù)的關(guān)系以及補償因子，可以得到任意激光通量下激光光學(xué)元器件的使用壽命和一定使用時間時光學(xué)元器件的損傷性能。該方法可大幅度縮短壽命測試周期，同時可對長壽命預(yù)測提供實驗依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種激光光學(xué)元器件長壽命的測試方法，包括下列步驟：

1)分別使用目標激光參數(shù)(激光參數(shù)包括波長，脈寬，重復(fù)頻率)的激光器及高重復(fù)頻率激光器(波長及脈寬相同，重復(fù)頻率不同)對光學(xué)元器件進行激光輻照損傷實驗。按照國際標準ISO 21254-2進行S-on-1損傷測試實驗，通過測量多組不同激光輻照能量密度下對應(yīng)的不同損傷概率，其中每個位置點輻照的脈沖次數(shù)相同，每組相同激光能量密度下輻照的位置點不低于10個，相同激光輻照能量密度下發(fā)生破壞的位置點的數(shù)量比上總輻照位置點數(shù)為損傷概率，保證損傷概率在區(qū)間0％-100％不含0％及100％的數(shù)值不少于2個，線性擬合激光輻照能量密度及對應(yīng)的損傷概率，得到0％損傷概率的激光輻照能量密度即為一定脈沖次數(shù)下光學(xué)元器件的激光損傷閾值；

2)設(shè)定目標激光參數(shù)的激光輻照脈沖數(shù)和高重復(fù)頻率激光輻照的次數(shù)相同，相同脈沖次數(shù)不少于3組，此時的脈沖次數(shù)相對較少(1-1000)，分別測試不同脈沖次數(shù)下光學(xué)元器件在目標激光及高重復(fù)頻率激光輻照下的損傷閾值，得到不少于3組相同脈沖次數(shù)下目標激光及高重復(fù)頻率激光對應(yīng)的損傷閾值；

3)計算相同脈沖次數(shù)下，使用目標激光參數(shù)的激光及高重復(fù)頻率激光測試的損傷閾值差值，擬合該差值與脈沖次數(shù)的函數(shù)關(guān)系，此函數(shù)關(guān)系定義為補償因子：補償因子為激光重復(fù)頻率差異對閾值結(jié)果帶來的影響，其中，N為脈沖次數(shù)，a₁，b₁，c₁通過不少于3組閾值差值及脈沖

4)按照國際標準ISO 21254-2，使用高重復(fù)頻率的激光對光學(xué)元器件進行更多組(不少于3組)脈沖次數(shù)、更長時間、更多脈沖次數(shù)的激光輻照損傷試驗，得到不同脈沖次數(shù)下對應(yīng)的元件激光損傷閾值，其中，高重復(fù)頻率激光的最高輻照次數(shù)為要求的壽命次數(shù)或加入安全系數(shù)的壽命次數(shù)，脈沖次數(shù)的選取間隔按照整數(shù)倍或指數(shù)倍均勻取點；