專利名稱：高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值測量裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學薄膜的光學性能測量裝置和方法，特別是一種高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值測量裝置和方法。
背景技術：
光學薄膜損傷是限制激光系統(tǒng)高功率、高能量化的主要因素，因此對損傷閾值的研究一直是多年來的熱點問題。由于絕大多數(shù)激光器都是在常溫環(huán)境下使用，所以對光學薄膜的激光損傷閾值都是在常溫下進行測試，得到的即常溫激光損傷閾值。但是，隨著激光應用領域的拓展，溫度因素對薄膜激光損傷的影響越來越突出。如在當前空間技術迅速發(fā)展的背景下，空間激光器就需要考慮溫度因素影響，因為太空中陽光直射面溫度可升至 250°C以上；此外在下一代激光光刻技術中，一些薄膜元件也需要長時間承受數(shù)百度的高溫，諸如此類都需要進行薄膜在高溫環(huán)境下的激光損傷閾值評價。但是，目前國內(nèi)外尚沒有在高溫環(huán)境下進行激光輻照光學薄膜損傷閾值測量的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值測量裝置和方法，解決現(xiàn)在對光學薄膜的激光損傷閾值都是在常溫下進行測試，不能得到高溫激光損傷閾值的問題。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該光學薄膜損傷閾值測量包括裝置和方法
高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值的測量裝置，包括計算機、第一激光器、反射鏡、第二激光器、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、能量衰減器、分光鏡、能量計、聚焦透鏡、在線顯微鏡判斷裝置、耐高溫可移動平臺和溫控箱；
計算機的輸出端與第一激光器、第二激光器、在線顯微鏡判斷裝置和耐高溫可移動平臺連接；第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、能量衰減器、分光鏡、聚焦透鏡在第二激光器的第二光路上，在第二光路中的第一反射鏡和第二反射鏡為折射鏡，第三反射鏡、分光鏡和聚焦透鏡為透射鏡；反射鏡、第三反射鏡、能量衰減器、分光鏡、聚焦透鏡在第一激光器的第一光路上，第一光路中的反射鏡和第三反射鏡為折射鏡，分光鏡和聚焦透鏡為透射鏡，能量計在分光鏡折射光路上，耐高溫可移動平臺和待測樣品位于溫控箱內(nèi)，待測樣品位于第一光路和第二光路上；在線顯微鏡判斷裝置位于溫控箱外。利用上述的高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值的測量裝置進行高溫環(huán)境下光學薄膜損傷閾值的測量方法，具體步驟如下
一、調(diào)整光路利用所述的聚焦透鏡移動機構進行調(diào)節(jié)，使所述的第一激光器發(fā)出的激光輻照在待測樣品上，并進行光斑大小的調(diào)整；
二、設定溫度啟動溫控箱，對樣品進行加熱并設定最終溫度；
三、高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜即時損傷閾值測量啟動計算機并控制所述的第一激光器、耐高溫可移動平臺、第二激光器、能量計、在線顯微鏡判斷裝置，選取能量密度為I 50J/cm2的激光輻照待測樣品，測量10個點，得出損傷的概率，然后改變其能量密度，得到在不同能量密度激光下的損傷概率，選取10個能量概率，即一共測量IOX 10個點；通過計算機對每次作用在樣品上的激光能量密度進行實時采集，然后根據(jù)在每個能量密度段的損傷幾率，通過作圖線性擬合的方法得出零幾率損傷時的激光能量密度即為該溫度下激光輻照樣品的即時損傷閾值；
四、高溫環(huán)境下薄膜激光輻照損傷的耐久性評價通過溫控箱在80 350°C，設置 Ih 30d的保溫時間，在不同的保溫時間下進行激光損傷閾值的測量，測量方法同步驟三， 得到該設定溫度下薄膜在不同保溫時間的損傷閾值，評價隨保溫時間變化薄膜激光輻照損傷的耐久性。有益效果，由于采用了上述方案，第一激光器，用于準直光路和協(xié)助檢測損傷的第二激光器，用于對樣品進行加熱并可以實現(xiàn)溫度控制的溫控箱，位于溫控箱內(nèi)的耐高溫可移動平臺，在耐高溫可移動平臺上的待測樣品；在所述的第一激光器光路上依次設置能量衰減器、分光鏡和聚焦透鏡，在分光鏡的反射光路上設置能量計，進行激光能量的測量；所述的聚焦透鏡具有在光軸方向的移動機構；所述的耐高溫可移動平臺和樣品均置于溫控箱內(nèi)，其中耐高溫平臺的耐熱溫度不低于400°C，溫控箱的溫度控制范圍為室溫 350°C;在所述的待測樣品表面空間設置在線顯微鏡判斷裝置；所述的第一激光器、第二激光器、在線顯微鏡判斷裝置、耐高溫可移動平臺與計算機相連接；
優(yōu)點 I、現(xiàn)有技術只可以測量常溫環(huán)境下光學薄膜的激光損傷閾值，本發(fā)明提供了一種可以測量高溫環(huán)境下光學薄膜的激光損傷閾值的裝置。2、該裝置測量方法簡單易行，可以進行高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜即時損傷閾值的測量，同時還可以對保溫不同時間樣品的損傷閾值進行測量，評價薄膜在高溫環(huán)境下激光損傷的耐久性。


圖I是本發(fā)明高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值測量裝置的結構示意圖。圖2是高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜的即時損傷閾值和損傷耐久性數(shù)據(jù)。圖中，I、計算機；2、第一激光器；3、反射鏡；4、第二激光器；5、第一反射鏡；6、第二反射鏡；7、第三反射鏡；8、能量衰減器；9、分光鏡；10、能量計；11、聚焦透鏡；12、在線顯微鏡判斷裝置；13、耐高溫可移動平臺；14、溫控箱；15、待測樣品。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明，但是不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。實施例I :在圖I中，測量裝置，包括計算機I、第一激光器2、反射鏡3、第二激光器4、第一反射鏡5、第二反射鏡6、第三反射鏡7、能量衰減器8、分光鏡9、能量計10、聚焦透鏡11、在線顯微鏡判斷裝置12、耐高溫可移動平臺13和溫控箱14 ；
計算機I的輸出端與第一激光器2、第二激光器4、在線顯微鏡判斷裝置12和耐高溫可移動平臺13連接；第一反射鏡5、第二反射鏡6、第三反射鏡7、能量衰減器8、分光鏡9、聚焦透鏡11在第二激光器4的第二光路上，在第二光路中的第一反射鏡5和第二反射鏡6為折射鏡，第三反射鏡7、分光鏡9和聚焦透鏡11為透射鏡；反射鏡3、第三反射鏡7、能量衰減器8、分光鏡9、聚焦透鏡11在第一激光器2的第一光路上,第一光路中的反射鏡3和第三反射鏡7為折射鏡，分光鏡9和聚焦透鏡11為透射鏡，能量計10在分光鏡9折射光路上， 耐高溫可移動平臺13和待測樣品位于溫控箱14內(nèi)，待測樣品位于第一光路和第二光路上； 在線顯微鏡判斷裝置12位于溫控箱14外。所述的第一激光器2為Nd:YAG激光器；所述的第二激光器4為He-Ne激光器； 所這的第一激光器2輸出的1064nm、532nm或355nm激光；所述的第二激光器4輸出的 632. 8nm的連續(xù)激光。計算機I、第一激光器2、反射鏡3，用于準直光路和協(xié)助檢測損傷破壞的第二激光器4、第一反射鏡5、第二反射鏡、第三反射鏡7、能量衰減器8、分光鏡9、能量計10、聚焦透鏡11和用來對樣品損傷進行的在線顯微鏡檢測裝置12，用來加熱并進行控溫的溫控箱14， 位于溫控箱內(nèi)的耐高溫可移動平臺13，在耐高溫可移動平臺上的待測樣品15，分別經(jīng)過第一光路和第二光路到達待測樣品15的表面。利用上述裝置的測試方法是首先將待測樣品15置于耐高溫可移動平臺13上，利用所述的聚焦透鏡11移動機構進行光斑調(diào)節(jié)，并使第一激光器2發(fā)出的激光輻照在待測樣品上。啟動溫控箱，設定溫度后自動開始升溫。通過計算機控制所述的第一激光器2、耐高溫可移動平臺13、第二激光器4、能量計10，按照IS011254-1國際標準測量在高溫環(huán)境下激光輻照下待測樣品的即時損傷閾值，即每測一個點換一個位置，同時利用在線顯微鏡判斷裝置12進行在線損傷判定。一般測量IOX 10個點，對每次作用在樣品上的激光能量通過計算機進行實時采集，然后根據(jù)在每個能量段的損傷幾率，通過作圖線性擬合的方法得出零幾率損傷時薄膜的激光損傷閾值。如選擇一氧化物單層膜，激光波長1064nm，脈寬12ns， 分別進行100°C、200°C、300°C溫度下的即時損傷閾值測量，結果見圖2，表明損傷閾值隨著溫度的升高而降低；如需對薄膜在高溫環(huán)境下的損傷耐久性做評價，可以將溫控箱升溫至所需溫度，進行一定時間的保溫，如設為lh，2h，3h…ld，2cl···，損傷閾值測試同上所述，則可得出在不同保溫時間下薄膜的激光損傷閾值，評價激光輻照薄膜的損傷耐久性。如對上述氧化物單層膜在300°C溫度下分別保溫lh、10h、ld的損傷閾值測量結果見圖2，表明隨著保溫時間的延長，損傷耐久性降低。
權利要求
1.一種高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值測量裝置，其特征是高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值的測量裝置，包括計算機、第一激光器、反射鏡、第二激光器、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、能量衰減器、分光鏡、能量計、聚焦透鏡、在線顯微鏡判斷裝置、耐高溫可移動平臺和溫控箱；計算機的輸出端與第一激光器、第二激光器、在線顯微鏡判斷裝置和耐高溫可移動平臺連接；第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、能量衰減器、分光鏡、聚焦透鏡在第二激光器的第二光路上，在第二光路中的第一反射鏡和第二反射鏡為折射鏡，第三反射鏡、分光鏡和聚焦透鏡為透射鏡；反射鏡、第三反射鏡、能量衰減器、分光鏡、聚焦透鏡在第一激光器的第一光路上，第一光路中的反射鏡和第三反射鏡為折射鏡，分光鏡和聚焦透鏡為透射鏡，能量計在分光鏡折射光路上，耐高溫可移動平臺和待測樣品位于溫控箱內(nèi)，待測樣品位于第一光路和第二光路上；在線顯微鏡判斷裝置位于溫控箱外。
2.一種高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值測量方法，其特征是利用上述的高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值的測量裝置進行高溫環(huán)境下光學薄膜損傷閾值的測量方法，具體步驟如下一、調(diào)整光路利用所述的聚焦透鏡移動機構進行調(diào)節(jié)，使所述的第一激光器發(fā)出的激光輻照在待測樣品上，并進行光斑大小的調(diào)整；二、設定溫度啟動溫控箱，對樣品進行加熱并設定最終溫度；三、高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜即時損傷閾值測量啟動計算機并控制所述的第一激光器、耐高溫可移動平臺、第二激光器、能量計、在線顯微鏡判斷裝置，選取能量密度為 I 50J/cm2的激光輻照待測樣品，測量10個點，得出損傷的概率，然后改變其能量密度，得到在不同能量密度激光下的損傷概率，選取10個能量概率，即一共測量IOX 10個點；通過計算機對每次作用在樣品上的激光能量密度進行實時采集，然后根據(jù)在每個能量密度段的損傷幾率，通過作圖線性擬合的方法得出零幾率損傷時的激光能量密度即為該溫度下激光輻照樣品的即時損傷閾值；四、高溫環(huán)境下薄膜激光輻照損傷的耐久性評價通過溫控箱在80 350°C，設置 Ih 30d的保溫時間，在不同的保溫時間下進行激光損傷閾值的測量，測量方法同步驟三， 得到該設定溫度下薄膜在不同保溫時間的損傷閾值，評價隨保溫時間變化薄膜激光輻照損傷的耐久性。
全文摘要
一種高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值測量裝置和方法，測量裝置包括第一激光器，用于準直光路和協(xié)助檢測損傷的第二激光器，用于對樣品進行加熱并可以實現(xiàn)溫度控制的溫控箱，位于溫控箱內(nèi)的耐高溫可移動平臺，在耐高溫可移動平臺上的待測樣品。通過溫控箱設定不同的溫度和保溫時間，對薄膜的即時損傷閾值和損傷耐久性進行評價。優(yōu)點1、解決了現(xiàn)有技術只能測量常溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜損傷閾值的問題，提供了一種可以測量高溫環(huán)境下激光輻照薄膜損傷閾值的裝置。2、該裝置測量方法簡單易行，可以進行高溫環(huán)境下激光輻照光學薄膜即時損傷閾值的測量，還可以對保溫不同時間樣品的損傷閾值進行測量，評價薄膜在高溫環(huán)境下激光損傷的耐久性。
文檔編號G01N17/00GK102608019SQ201210079348
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2012年3月23日
發(fā)明者義鵬, 劉炯天, 尹詩斌, 張含卓, 強穎懷, 李大偉, 楊帥, 許程, 郭立童 申請人:中國礦業(yè)大學