基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置，具體是將激光光束從透明光學元件的一側面入射到透明光學元件內部并照射到透明光學元件前表面的處理點1，在處理點1處，激光光束的入射角度滿足光學全反射條件，經由全反射反射至元件后表面的處理點2處，依此類推，激光光束在元件內部前后表面之間進行多次全反射，直至最后從透明光學元件另一側面出射。本實用新型專利技術利用激光光束在透明光學元件樣品內部進行多次全反射來回收激光能量并重復利用，并且同時對光學元件前亞表面、后亞表面、前后表面以及體內特性進行并行處理，從而大幅提高激光預處理的速度。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

Laser pretreatment device for optical element based on total reflection principle

The utility model discloses a laser processing device of optical elements based on total reflection principle, in particular the laser beam from one side of the incident optical element to transparent optical elements and exposure to the processing point of a transparent optical element surface before 1, in 1, the incident angle of the laser beam meet the optical total the reflection condition, through the full reflection to the element after the surface treatment of 2, and so on, the laser beam of multiple total reflection between the internal components before and after surface, until finally from a transparent optical element, another side shooting. The utility model adopts the laser beam in a transparent optical element inside the sample number of total reflection to the laser energy recovery and reuse, and at the same time on the sub surface, sub surface, surface and body characteristics before and after optical components before parallel processing, in order to improve the speed of laser pretreatment.

【技術實現步驟摘要】

基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置
本技術涉及光學材料激光預處理領域，具體是一種基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置。
技術介紹
近年來，隨著激光技術及其應用的快速發展，特別是激光輸出能量和功率水平的大幅提高，對各類光學元件的光學性能，如吸收特性、缺陷分布及抗激光破壞能力等的要求也越來越高。一些大型激光系統對其光學元件的要求越來越接近現有加工技術的極限，因此僅僅從傳統的元件加工方法和加工工藝上來進行改進以提高光學元件的光學性能不僅在技術上變得越來越困難，而且成本也變得非常昂貴，難以滿足科學研究及大規模應用的要求。通過激光預處理來提高光學元件的光學性能，特別是其抗激光損傷能力，是一種行之有效的方法。激光預處理技術通常是采用功率密度或能量密度低于光學元件損傷閾值的激光束(亞閾值激光束)對光學元件進行100%覆蓋的輻照處理。激光預處理能夠有效清除光學元件表面和亞表面缺陷以及元件表面的污染，從而加大幅度提高元件的激光損傷閾值。在一些大型及超大型激光系統中常用的透明光學材料主要有熔融石英(FusedSilica)、KDP晶體等。這些材料在實際應用中，其元件表面污染、表面和亞表面缺陷、以及材料體內缺陷等，都是潛在的降低元件抗激光能力的因素。因此根據具體的情況，對表面、亞表面、以及整個元件的通光體積都進行激光預處理能夠較大幅度提高相關原件的激光損傷閾值。在激光預處理過程中，為了達到更好的處理效果，一般需要采用強度依次增加的激光束對樣品進行多次輻照處理，并且根據具體元件特點要對初始處理的激光強度以及所有后續處理的激光強度等進行合理的控制。此外，由于在超大型強激光系統中的光學元件的損傷閾值要求較高，因此對其進行亞閾值激光預處理需要使用較高的功率或能量密度。這樣一來，利用普通工業商用激光器進行激光預處理，通常需要將光束聚焦成比較小的光斑尺寸才能滿足激光亞閾值預處理所需要的激光功率或能量密度水平。而對樣品100%覆蓋的輻照是通過對樣品進行逐點掃描來實現的。由于以上原因，激光預處理工藝通常既費時又昂貴，特別是對超大型強激光系統中所需要的光學元件，由于其光學口徑相對很大，激光預處理技術相對更為緩慢和昂貴。以一個口徑0.5米X 0.5米的光學元件為例，如果預處理光斑面積為是I毫米X I毫米，激光器的重復頻率為10 Hz,則對其單表面全覆蓋輻照一次就需費時約7個小時。如果工藝要求在5個不同能量水平進行處理，則對其單表面處理完畢將費時35個小時。如果把元件兩個表面都處理完畢，直接掃描時間將費時70小時，如果要進行材料體內處理，耗時將會更長。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題是提供一種基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置，解決現有的激光預處理技術對于提高大口徑光學元件激光損傷閾值過程中因為耗時過長而不能滿足實際使用要求的問題，本技術利用激光束在透明光學元件樣品內部進行多次全反射來回收激光能量并重復利用，并且同時對透明光學元件前亞表面、后亞表面、前后表面以及體內特性進行并行處理，從而能夠大幅提高激光預處理的速度。本技術的技術方案為:基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置，包括有激光光源、設置于激光光源的后端和透明光學元件一側面之間的激光能量調整控制裝置、激光光束整形處理裝置、激光光束分光楔板光束角度調整裝置，激光光束分光楔板的第一反射輸出端后設置有CCD成像裝置，其第二反射輸出端后設置有分光裝置，分光裝置的兩分光輸出端后分別設置有光電探測器和激光能量測量裝置。所述的基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置還包括有相對透明光學元件另一側面設置的激光光束吸收裝置。所述的光學角度調整裝置選用激光高反鏡，所述的激光高反鏡固定于激光高反鏡裝夾調整裝置上。在實際應用中樣品材料的微弱吸收以及在全反射界面的能量損失會使處理激光束能量隨著重復利用次數的增加而逐漸減少，但是這種減少是緩慢的，在一定程度上不會對處理結果造成顯著影響。例如，假設樣品在界面每反射一次其能量損失率為0.2%，則經過N次反射后，其能量與初始激光束能量的比值為(1-0.1%) 'N (當N=IO時，該值為98%)。本技術的優點:(I)、本技術的激光光束在樣品內部多次全反射后能量或功率水平基本保持不變，這樣就相當于對元件樣品表面的多個處理點以及內部激光光束經過的區域進行了同一激光能量下的并行處理，大大提高了激光預處理的速度；(2)、在全反射條件下，在透明光學元件內部對材料進行激光預處理，除了同時處理了前亞表面、后亞表面以及體內特性外，還通過在全內反射條件下越過界面的倏逝波對內表面另一側的外表面污染及缺陷進行了預處理；(3)、本技術采用如圖2和圖4所示的掃描方式對整個樣品進行掃描處理。如圖2所示，激光束從樣品側面最上端入射進入到樣品內部，并通過全反射依次經過樣品兩個表面的處理點I至處理點N。首先樣品相對激光進行橫向掃描,一次掃描完成后,樣品前表面和后表面上將同時形成N條已經處理的光斑覆蓋區域，并且樣品內部激光束經過的區域也同時得到了處理。將樣品相對激光束的橫向掃描與入射激光束在保持入射角度不變的情況下沿樣品側面的掃描(從樣品側面最上端至最下端)結合，完成這樣一次二維掃描后，將對樣品表面和內部的如圖2中所顯示的陰影區域都進行了處理。再改變激光束的入射方向，如圖4所示，激光束從如圖2中所示激光束入射方向相對側面法線對稱的方向入射，再重復如圖2中的二維掃描，就可以完成對樣品表面和內部100%覆蓋的輻照處理。而普通的激光預處理裝置通常是讓激光束匯聚到樣品前表面上，樣品相對激光橫向掃描一次完成后，激光只在該表面上形成一條已經處理的光斑覆蓋區域。處理完一個表面后，還需要重復對另一個表面進行掃描處理。經過比較，可以看出，采用本技術的方法，可以將樣品表面的預處理速度提高N倍；以KDP晶體為例，它的全反射臨界角大約為42度，假設入射到樣品表面的激光束的入射角為50度，對一個幅面為0.5米X0.5米、厚度為5厘米的元件，計算表明，激光束可以在樣品內部反射8次，意味著單件元件的處理速度可以提高8倍；(4)、由樣品另一側面出射的激光束雖然經過多次全反射，其總能量損耗還是可以比較小的，可以重復回收利用，經過適當的光路調整將出射后的激光光束再次射到另一元件上(見圖5)，利用同樣的全反射原理對另一元件進行能量或功率密度相對較低的輻照處理；激光在經過一個元件后能量損耗很低，因此可以重復利用多次，如果重復利用5次，相當于把預處理速度提高5N倍。本技術利用激光光束在透明光學元件樣品內部進行多次全反射來回收激光能量并重復利用，并且同時對光學元件前亞表面、后亞表面、前后表面以及體內特性進行并行處理，從而能夠大幅提高激光預處理的速度，且同時可以大幅提高對普通中小口徑光學元件預處理速度和效率，從而大幅降低激光預處理的成本，有利于相關技術的進一步推廣和應用。本技術特別適用于超大型激光系統中熔融石英和KDP晶體的激光預處理。附圖說明圖1是本技術的的原理示意圖。圖2是采用本技術進行全反射激光預處理的掃描示意圖一。圖3是透明光學元件采用圖2進行全反射激光預處理后其前表面的掃描示意圖。圖4是采用本技術進行全反射激光預處理的掃描示意圖二。圖5是本技術激光光束本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于全反射原理的光學元件激光預處理裝置，包括有激光光源，其特征在于：還包括有依次設置于激光光源的后端和透明光學元件一側面之間的激光能量調整控制裝置、激光光束整形處理裝置、激光光束分光楔板光束角度調整裝置，激光光束分光楔板的第一反射輸出端后設置有CCD成像裝置，其第二反射輸出端后設置有分光裝置，分光裝置的兩分光輸出端后分別設置有光電探測器和激光能量測量裝置。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳周令，陳堅，吳令奇，
申請(專利權)人：合肥知常光電科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：