一種雙光束延遲激光損傷測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由脈沖激光器、激光器控制器、七個反射鏡、四個分光鏡、兩個環(huán)形可變中性密度濾波片、電控平移臺、電機驅(qū)動器、主控計算機、電子快門、兩個平凸透鏡、三維電控樣品臺、光束質(zhì)量分析儀、能量探測器、高分辨彩色CCD成像裝置和白光光源構(gòu)成。本發(fā)明專利技術(shù)利用計算機實行自動化控制，能進行不同脈寬激光對光學(xué)元件表面的激光損傷閾值測試。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】一種雙光束延遲激光損傷測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)由脈沖激光器、激光器控制器、七個反射鏡、四個分光鏡、兩個環(huán)形可變中性密度濾波片、電控平移臺、電機驅(qū)動器、主控計算機、電子快門、兩個平凸透鏡、三維電控樣品臺、光束質(zhì)量分析儀、能量探測器、高分辨彩色CCD成像裝置和白光光源構(gòu)成。本專利技術(shù)利用計算機實行自動化控制，能進行不同脈寬激光對光學(xué)元件表面的激光損傷閾值測試?！緦＠f明】
本專利技術(shù)涉及光學(xué)元件激光損傷測試，具體涉及一種雙光束延遲激光損傷測試系 統(tǒng)。 雙光束延遲激光損傷測試系統(tǒng)
技術(shù)介紹
光學(xué)薄膜等光學(xué)元件是激光系統(tǒng)中不可缺少的基本元件，也是整個系統(tǒng)中最薄弱 的環(huán)節(jié)之一。應(yīng)用于大能量、高功率激光系統(tǒng)中的光學(xué)元件，要求在長時間范圍內(nèi)穩(wěn)定工 作，或者系統(tǒng)的性能不產(chǎn)生明顯降低。但是光學(xué)元件受激光輻照后，即使出現(xiàn)十分微小的瑕 疵，也會導(dǎo)致輸出光束質(zhì)量的下降，同時會造成后續(xù)元件的破壞，嚴重時將引起整個系統(tǒng)的 癱瘓。光學(xué)元件的抗激光損傷特性將直接影響整個系統(tǒng)的設(shè)計以及系統(tǒng)運行的性能，因而 光學(xué)元件的激光損傷問題一直是激光向高能量、高功率方向發(fā)展的"瓶頸"，同時也是影響 整個激光系統(tǒng)使用壽命的決定性因素之一。因此目前評判高功率激光系統(tǒng)中元件質(zhì)量優(yōu)劣 的一個重要指標(biāo)是光學(xué)元件的激光損傷閾值。 根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)IS0-11254和IS0-21254,在脈沖激光損傷中，根據(jù)激光輻照方式 的不同，光學(xué)薄膜激光損傷閾值的測試方法主要有以下四種：l-〇n-l，又稱單脈沖損傷，體 現(xiàn)樣品破壞的初始狀態(tài)，每個測試點只接受一個激光脈沖輻照，不管出現(xiàn)損傷與否，樣品移 至下一個測試點；S-οη-Ι，又稱多脈沖損傷，表現(xiàn)元件在重復(fù)頻率激光作用下的累積損傷效 果，同樣能量的多個脈沖作用于同一測試點；R-οη-Ι，是探測元件在抗激光損傷方面可達 到的最大潛力的方法，對每個測試點進行能量密度以斜坡式漸增的多次輻照；N-on-1，對 R-on-1方法的簡化，可用η個脈沖以從小到大的順序以比較分離的能量密度間隔作用于同 一測試點。用脈沖激光輻照被測樣品表面，利用三維電控樣品臺在垂直于激光輻照方向的 平面內(nèi)做堅直或水平方向的移動，即可實現(xiàn)l-〇n-l、S-on-1、R-οη-Ι和光柵掃描等測試方 法。國際標(biāo)準(zhǔn)推薦的檢測方法為相襯顯微法，即采用放大倍率100-150倍的Normaski顯微 鏡對激光輻照后的光學(xué)元件進行觀察，以判斷是否發(fā)生激光損傷。 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，超短脈沖激光技術(shù)給激光的應(yīng)用領(lǐng)域和光與物質(zhì)相互作用 的研究帶來了革命性的發(fā)展。超短脈沖激光的獲得，突破了因光電響應(yīng)限制而未能開展的 小于皮秒級動力學(xué)過程研究的極限，并將有關(guān)瞬態(tài)動力學(xué)研究的領(lǐng)域拓展到飛秒時域，為 研究和認識自然界提供了嶄新的方法。研究超快激光作用下光學(xué)元件的抗激光破壞問題， 對于闡釋超快激光與光學(xué)元件作用的物理機制、理清超快激光作用下光學(xué)元件的破壞問 題，以及探索改善光學(xué)材料抗超短脈沖激光損傷能力的途徑，具有非常重要的實際意義。超 快激光與光學(xué)材料作用過程中的電子弛豫時間在理論分析中有重要作用，但其具體數(shù)值在 很長時間內(nèi)都處于理論模擬階段，缺乏實驗論證。雙光束延遲激光輻照系統(tǒng)可以從實驗角 度確定激光與材料相互作用時的電子弛豫時間。 盡管現(xiàn)有的專利技術(shù)從不同側(cè)面介紹了激光損傷閾值測試系統(tǒng)，也有專利將兩組 不同波長的激光系統(tǒng)合二為一，但從未有專利將同一脈沖激光分束后做雙光束延遲的概念 引入激光損傷閾值測試中，且測試系統(tǒng)大多只適用于脈寬在納秒量級的激光器。已知光在 空氣中的傳播速度約為3X 108m/s，lps = l(T12s，即光在空氣中l(wèi)ps傳播約0. 3mm。通過分 光鏡將一束脈沖激光分為兩束，并改變兩束激光到達樣品的路程，可實現(xiàn)雙光束在皮秒至 納秒范圍的精確延遲控制，從而對研究激光與材料作用的超快動力學(xué)提供實驗基礎(chǔ)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種雙光束延遲激光損傷測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于不同激光 脈寬的光學(xué)元件表面激光損傷閾值測試，并且實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化控制。 本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案如下： -種雙光束延遲激光損傷測試系統(tǒng)，特點在于其構(gòu)成包括：由脈沖激光器和激光 器控制器組成激光輻照控制單元并產(chǎn)生脈沖激光，沿該脈沖激光方向依次經(jīng)第一反射鏡和 第二反射鏡到第一分光鏡；第一分光鏡將脈沖光束分為反射光束和透射光束，所述的反射 光束經(jīng)第三反射鏡和第四反射鏡到第二分光鏡組成標(biāo)準(zhǔn)光路，所述的透射光束經(jīng)第五反射 鏡、第六反射鏡和第一環(huán)形可變中性密度濾波片到第二分光鏡組成延遲光路；第五反射鏡 和第六反射鏡固定在電控平移臺上，該平移臺與電機驅(qū)動器相連，電機驅(qū)動器與插在主控 計算機主板的運動控制卡相連，組成延遲控制單元；所述的第二分光鏡將所述的標(biāo)準(zhǔn)光路 的激光脈沖和所述的延遲光路的激光脈沖合束為主光束，該主光束依次經(jīng)過第二環(huán)形可變 中性密度濾波片、電子快門、第三分光鏡、第四分光鏡和第一平凸透鏡，最終聚焦在三維電 控樣品臺上的待測樣品上；所述的電子快門與快門驅(qū)動器相連，該快門驅(qū)動器與電機驅(qū)動 器相連組成脈沖控制單元；由所述的第三分光鏡分出的反射光依次經(jīng)第七反射鏡和第二平 凸透鏡聚焦于光束質(zhì)量分析儀，該光束質(zhì)量分析儀與所述的主控計算機相連組成光束質(zhì)量 分析單元；經(jīng)所述的第四分光鏡分出的反射光束由能量探測器接收，該能量探測器的輸出 端與所述的主控計算機的輸入端相連組成能量監(jiān)測單元；高分辨彩色CCD成像裝置對準(zhǔn)主 光束在所述的待測樣品的焦點，所述的高分辨彩色CCD成像裝置與插在主控計算機主板的 圖像采集卡相連，組成損傷形貌實時監(jiān)控單元；白光光源對準(zhǔn)所述的三維電控樣品臺以輔 助損傷探測照明；該三維電控樣品臺與電機驅(qū)動器相連組成樣品三維運動單元。 所述的脈沖激光器為飛秒、皮秒或納秒激光脈寬的激光器，激光波長在300nm至 1200nm之間均可。 所述的電子快門的曝光時刻、曝光時長和三維電控樣品臺的運動由計算機編程實 現(xiàn)協(xié)冋控制，在電機運動到指定位直時快門以指定時長開啟。 所述的電控平移臺以及三維電控樣品臺均由主控計算機編程控制，通過LabVIEW 編寫電機運動程序?qū)崿F(xiàn)電機移動速度、加速度、水平間距、堅直間距、水平點數(shù)、堅直點數(shù)、 水平間隔時間、堅直間隔時間、回程量、位移模式的設(shè)置，并實時顯示目前打點狀態(tài)和下一 行倒計時。 本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下有益技術(shù)效果： 1.本專利技術(shù)不僅可滿足傳統(tǒng)單光束激光損傷測試系統(tǒng)的l-〇n-l、S-〇n-l、N-〇n-l、 R-on-1等激光損傷測試要求，而且可實現(xiàn)同一束脈沖激光的分束及合束，實現(xiàn)具有雙光束 延遲的激光輻照測試，其雙光束延遲量達7000ps，可以8. 3fs為延遲精度由電機運動系統(tǒng) 精確調(diào)節(jié)。 2.本專利技術(shù)適用于脈寬在飛秒、皮秒、納秒等不同時段的激光器，通過采用激光脈沖 相應(yīng)波長的反射鏡和平凸透鏡，系統(tǒng)適用于脈沖激光波長在300nm至1200nm內(nèi)的激光器。 3.本專利技術(shù)中電子快門的曝光時刻、曝光時長和三維電控樣品臺的運動可由計算機 編程實現(xiàn)協(xié)同控制，即在電機運動到指定位置時快門以指定時間開啟。 4.本專利技術(shù)中電控平移臺以及三維電控樣品臺均由主控計算機編程控制，通過本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種雙光束延遲激光損傷測試系統(tǒng)，特征在于其構(gòu)成包括：由脈沖激光器(1)和激光器控制器(2)組成激光輻照控制單元并產(chǎn)生脈沖激光，沿該脈沖激光方向依次經(jīng)第一反射鏡(4)和第二反射鏡(5)到第一分光鏡(6)；第一分光鏡(6)將脈沖光束分為反射光束和透射光束，所述的反射光束經(jīng)第三反射鏡(7)和第四反射鏡(8)到第二分光鏡(13)組成標(biāo)準(zhǔn)光路，所述的透射光束經(jīng)第五反射鏡(9)、第六反射鏡(10)和第一環(huán)形可變中性密度濾波片(12)到第二分光鏡(13)組成延遲光路；第五反射鏡(9)和第六反射鏡(10)固定在電控平移臺(11)上，該平移臺(11)與電機驅(qū)動器(27)相連，電機驅(qū)動器(27)與插在主控計算機(30)主板的運動控制卡(28)相連，組成延遲控制單元；所述的第二分光鏡(13)將所述的標(biāo)準(zhǔn)光路的激光脈沖和所述的延遲光路的激光脈沖合束為主光束，該主光束依次經(jīng)過第二環(huán)形可變中性密度濾波片(14)、電子快門(15)、第三分光鏡(17)、第四分光鏡(19)和第一平凸透鏡(21)，最終聚焦在三維電控樣品臺(25)上的待測樣品上；所述的電子快門(15)與快門驅(qū)動器(16)相連，該快門驅(qū)動器(16)與電機驅(qū)動器(27)相連組成脈沖控制單元；由所述的第三分光鏡(17)分出的反射光依次經(jīng)第七反射鏡(18)和第二平凸透鏡(22)聚焦于光束質(zhì)量分析儀(26)，該光束質(zhì)量分析儀與所述的主控計算機(30)相連組成光束質(zhì)量分析單元；經(jīng)所述的第四分光鏡(19)分出的反射光束由能量探測器(20)接收，該能量探測器(20)的輸出端與所述的主控計算機(30)的輸入端相連組成能量監(jiān)測單元；高分辨彩色CCD成像裝置(23)對準(zhǔn)主光束在所述的待測樣品的焦點，所述的高分辨彩色CCD成像裝置(23)與插在主控計算機(30)主板的圖像采集卡(29)相連，組成損傷形貌實時監(jiān)控單元；白光光源(24)對準(zhǔn)所述的三維電控樣品臺(25)以輔助損傷探測照明；該三維電控樣品臺(25)與電機驅(qū)動器(27)相連組成樣品三維運動單元。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙元安，李澤漢，李大偉，
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，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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