[發明專利]測量材料防護閾值的方法及其裝置

在審

• 申請號: 202211055570.1
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115436326A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 董寧寧;王梓鑫;王俊
• 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: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01N21/59;G01N21/49;G01N21/47;G01N21/01
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明提供了一種測量材料激光防護閾值的方法及其裝置，其中，測量方法是采用透鏡進行激發光聚焦，使用能量計/功率計對透射信號、反射信號、散射信號進行收集，使用光束質量分析儀對光斑進行同步成像，可以實現對樣品透過率、反射率、散射率的測量，進而得到材料的防護閾值參數。本發明方法適用于透明、非透明樣品的測量。

技術領域

本發明涉及光學測量技術領域，尤其涉及一種測量材料防護閾值的方法及其裝置。

技術背景

現代激光技術的迅速發展使得激光在測距、雷達和通訊等領域得到廣泛應用。隨之而來，人眼及各種光電探測設備受到的威脅日益增加，其防護需求變得越來越緊迫。發展高性能的激光防護材料，是對這些設備實施防護的一種有效手段。

材料起始防護閾值、防護閾值和損傷閾值等參數的測量，材料激光防護性能的驗證，對于開發高性能的激光防護材料至關重要。測試材料防護閾值的技術手段包括Z掃描技術和強度掃描技術等。

Z掃描技術采用單光束測量，樣品在測試過程中需沿著單光束光軸方向移動.通過Z掃描技術可以獲得樣品在不同Z點位置即不同光強下與其透過率的關系曲線，也就是Z掃描曲線。通過改變入射激光能量進行多次Z掃描測量，我們就可以得到樣品的起始防護閾值、防護閾值和損傷閾值等參數。

強度掃描技術通過測量入射樣品前表面的光脈沖能量E₀和透過的能量E_T，就可以得到樣品的透過率T＝E_T/E₀。通過改變入射激光的強度，從而得到樣品透過率隨入射激光能量的變化曲線，進而得到樣品的起始防護閾值、防護閾值和損傷閾值等參數。

然而，Z掃描技術和強度掃描技術也存在以下缺點。1)測量的是透過率的變化，所以樣品必須為透明或半透明樣品。2)對樣品要求較高，必須是薄樣品(厚度小于系統的瑞利長度)，而且樣品表面光滑。3)對于微觀樣品(樣品尺寸與激光的束腰半徑相當)，Z掃描測量無法實施。其原因是樣品在光軸方向上移動時，會造成部分光斑未照射在樣品上，從而使得這部分的非線性效應丟失，造成測量不準確。4)激光探測采用的是探測器，在高能激光作用下容易造成損傷。因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種測量材料防護閾值的系統及方法，旨在解決現有技術難以實現對透明/非透明樣品在高能激光輻照下對防護閾值進行測量的問題。

本發明的技術方案如下：

一種測量材料防護閾值的方法，其特點在于，包括步驟：

基線測量階段：

①構建第一反射光路并探測其能量：

設置激光器，并沿該激光器的輸出光束方向依次設置第一鍍膜全反鏡、第二鍍膜全反鏡、第一小孔光闌和第一分光平片；所述的第一分光平片，將入射光分為第一反射光和第一透射光兩束光；所述的第一反射光經第三聚焦透鏡聚焦后，由所述的第一探測器探測第一反射光的能量(功率)PD1_基，并傳輸至計算機；

②構建第一透射光路并探測其能量：

沿所述的第一透射光的傳輸方向依次設置第一聚焦透鏡60、第二小孔光闌、第二聚焦透鏡和第二探測器；所述的第二小孔光闌與所述第一小孔光闌等高，且所述的第二聚焦透鏡的焦點和第一聚焦透鏡的焦點重合，由所述的第二探測器探測第一透射光的能量(功率)PD2_基，并傳輸至計算機；

③構建第二反射光路并探測其能量：

在所述的第一聚焦透鏡和第二小孔光闌之間、第一聚焦透鏡的焦點處放置待測樣品，經該待測樣品反射的反射光經第一分光平片50反射后，由第二分光平片53分為第二反射光和第二透射光兩束光；將光束質量分析儀替換待測樣品，測量樣品位置處的光斑面積；