采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置和方法
【專利摘要】一種采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置和方法，該測試裝置包括ASE光源、能量衰減器、λ/2波片、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第一平凸透鏡、平凹透鏡、楔形取樣鏡、供待測光學(xué)元件設(shè)置的樣品平臺、小孔光闌、第二平凸透鏡、能量計、CCD探測器和計算機(jī)，本發(fā)明能減少輻照光源由于光束的干涉和衍射造成的光場起伏，能夠準(zhǔn)確評估光學(xué)元件表面的損傷閾值。
【專利說明】采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)元件，特別是一種采用放大的自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷的 裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著激光技術(shù)的發(fā)展和激光器功率水平的提高，對光學(xué)元件抗激光破壞能力的要 求也越來越高。因此預(yù)估光學(xué)元件的抗激光破壞能力是必不可少的程序，提高損傷測試的 精度具有重要的研究意義。
[0003] 在光學(xué)元件的損傷閾值測試中，一般采用激光束作為測試光源，觀察光學(xué)元件在 激光作用下性能或者結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，并獲得元件在發(fā)生臨界損傷時入射激光束的能量密 度，包括損傷判定和閾值測試。前者根據(jù)樣品種類，制備方法及測試條件等因素的影響，常 采用相襯顯微鏡觀測法，散射光檢測法，等離子體閃光法，全息法及熱光偏轉(zhuǎn)法等手段研究 損傷后的形貌。在進(jìn)行閾值測試時，為了提高測試的準(zhǔn)確性，一般采取多個點(diǎn)測試，可分為 如下四種方法：l-〇n_l，s-on-1，n-on-1，r-on-1，而損傷閾值的定義又分為兩種，即零損傷 概率閾值和50%損傷概率閾值。以上實(shí)驗(yàn)手段對損傷閾值測試精度的改善集中于損傷形貌 判定，測試光源對光學(xué)元件損傷的作用方式及閾值計算等，但是尚未有相關(guān)技術(shù)方案以準(zhǔn) 確評估光學(xué)元件的損傷閾值為目的，針對輻照光源的光場均勻性進(jìn)行研究和改進(jìn)。
[0004] 如果測試光源的光場分布不均勻，即光通量在光束橫截面上具有起伏，光學(xué)元件 就會在能量密度最大的光束輻照區(qū)域最先形成損傷，但是統(tǒng)計能量密度時一般無法準(zhǔn)確獲 得該區(qū)域的能量數(shù)據(jù)。
[0005] 激光作為光學(xué)元件損傷測試的光源，由于其完全相干性，當(dāng)通過一系列光學(xué)平板 如透鏡，衰減片，取樣和分光平板時，在光學(xué)元件的兩個表面之間反射的激光束迭加在一起 會產(chǎn)生干涉條紋。這些干涉條紋所造成的場分布擾動在非線性傳播中將以指數(shù)率增長，并 導(dǎo)致介質(zhì)自聚焦。而且激光的單色性也會導(dǎo)致其在傳輸過程中由于材料的不均勻，灰塵顆 粒以及硬邊光闌等形成衍射，產(chǎn)生光場分布的高頻調(diào)制。
[0006] 與單色光相比，寬頻帶光束的光強(qiáng)調(diào)制對比度更小，光強(qiáng)分布中的調(diào)制峰的強(qiáng)度 和個數(shù)隨著帶寬的增加而減小，當(dāng)寬頻光束的帶寬取一定值，光束能實(shí)現(xiàn)光滑分布。所以為 了提高測試光源的輻照均勻度，可以采取增加光源的頻帶寬度，降低其時間、空間相干性等 手段來減少由于光束的干涉和衍射造成的空間光場起伏。
[0007] 理論和實(shí)驗(yàn)表明，部分相干光的頻譜越寬，發(fā)散角越大，越有利于均勻照明。放大 的自發(fā)輻射（ASE)是產(chǎn)生部分相干光的一種方法。放大的自發(fā)輻射是介于激光與熒光之間 的一種過渡狀態(tài)。由于集居數(shù)反轉(zhuǎn)的程度尚未達(dá)到振蕩閾值，激光振蕩沒有形成，它具有光 滑的時間分布，均勻的遠(yuǎn)場分布和低相干度，但是又與突光狀態(tài)分布不同，具有很小的發(fā)散 角，較小的脈沖長度和單一的偏振態(tài)。采用ASE光束作為光學(xué)元件損傷閾值測試的輻照光 源，能提高測試光源的輻照均勻度，從而準(zhǔn)確評估光學(xué)元件表面的損傷閾值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置和方法，采用 放大的自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件表面損傷，能減少輻照光源由于光束的干涉和衍射造成 的光場起伏，從而準(zhǔn)確評估光學(xué)元件表面的損傷閾值。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0010] 一種采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置，特點(diǎn)在于該裝置包括 ASE光源、能量衰減器、λ /2波片、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第一 平凸透鏡、平凹透鏡、楔形取樣鏡、供待測光學(xué)元件設(shè)置的樣品平臺、小孔光闌、第二平凸透 鏡、能量計、CCD探測器和計算機(jī)，沿所述的ASE光源的激光輸出方向依次是所述的能量衰 減器、λ /2波片、第一高反鏡、第四高反鏡、第一平凸透鏡、平凹透鏡、楔形取樣鏡和待測光 學(xué)元件，在所述的楔形取樣鏡的反射光方向分別設(shè)有第二高反鏡和第三高反鏡，在第二高 反鏡的反射光方向是所述的CCD探測器，在第三高反鏡的反射光方向依次是所述的小孔光 闌、第二平凸透鏡和能量計，所述的計算機(jī)的輸出端與所述的樣品平臺的控制端相連，所述 的CCD探測器的輸出端與所述的計算機(jī)的第一輸入端相連，所述的能量計的輸出端與所述 的計算機(jī)的第二輸入端相連，所述的計算機(jī)具有采集光場分布和光束能量的軟件以及控制 樣品平臺的驅(qū)動軟件。
[0011] 利用上述測試裝置對光學(xué)元件損傷的測試方法，該方法包括下列步驟：
[0012] ①將待測光學(xué)元件置于待測樣品平臺上，在計算機(jī)的軟件界面設(shè)置待測樣品的移 動步長、每行測試點(diǎn)數(shù)m及行數(shù)η ;
[0013] ②所述的ASE光源輻照測試點(diǎn)時采用1-on-l的方法：所述的計算機(jī)驅(qū)動所述的 ASE光源對對測試點(diǎn)輻照一個光脈沖，所述的CCD探測器記錄光場分布和所述的能量計記 錄ASE光源能量大小送入所述的計算機(jī)存儲；所述的計算機(jī)驅(qū)動待測樣品平臺控制待測光 學(xué)元件沿X的方向移動一個步長，保持輻照的能量密度相等地進(jìn)行輻照測量，直至第i = 1 行中m個測試點(diǎn)輻照完；
[0014] ③輻照完一行測試點(diǎn)后，減小ASE光源的能量密度，計算機(jī)控制樣品沿著Y方向移 動一個步長，重復(fù)步驟②，繼續(xù)輻照另一行的m個測試點(diǎn)；
[0015] ④重復(fù)步驟③，直到樣品表面某行m個點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)有損傷；
[0016] ⑤計算機(jī)統(tǒng)計每行測試點(diǎn)產(chǎn)生損傷的點(diǎn)數(shù)，計算每行測試點(diǎn)損傷幾率，即損傷幾 率=損傷點(diǎn)數(shù)/受福照點(diǎn)數(shù)m ;
[0017] ⑥計算機(jī)以ASE能量密度為橫軸，損傷幾率為縱軸，生成損傷幾率與激光能量密 度對應(yīng)的分布圖，通過擬合出零損傷幾率，計算并顯示被測樣品的ASE損傷閾值。
[0018] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0019] 本發(fā)明采用ASE光源測試光學(xué)元件表面損傷，能減少輻照光源由于光束的干涉和 衍射造成的光場起伏，從而準(zhǔn)確評估光學(xué)元件表面的損傷閾值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合實(shí)施和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
[0022] 2、先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝 置框圖。由圖可見，本發(fā)明采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置，該裝置包括 ASE光源1、能量衰減器2、λ /2波片3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、第三反射鏡6、第四反 射鏡7、第一平凸透鏡8、平凹透鏡9、楔形取樣鏡10、供待測光學(xué)元件設(shè)置的樣品平臺11、 小孔光闌12、第二平凸透鏡13、能量計14、（XD探測器15和計算機(jī)16,沿所述的ASE光源 1的激光輸出方向依次是所述的能量衰減器2、λ /2波片3、第一高反鏡4、第四高反鏡7、第 一平凸透鏡8、平凹透鏡9、楔形取樣鏡10和待測光學(xué)元件，在所述的楔形取樣鏡10的反射 光方向分別設(shè)有第二高反鏡5和第三高反鏡6,在第二高反鏡5的反射光方向是所述的CCD 探測器15,在第三高反鏡6的反射光方向依次是所述的小孔光闌12、第二平凸透鏡13和能 量計14,所述的計算機(jī)16的輸出端與所述的樣品平臺11的控制端相連，所述的CCD探測器 15的輸出端與所述的計算機(jī)16的第一輸入端相連，所述的能量計14的輸出端與所述的計 算機(jī)16的第二輸入端相連，所述的計算機(jī)16具有采集光場分布和光束能量的軟件以及控 制樣品平臺11的驅(qū)動軟件。
[0023] 利用上述裝置對光學(xué)元件損傷的測試方法，該方法包括下列步驟：
[0024] ①將待測光學(xué)元件置于待測樣品平臺11上，在計算機(jī)的軟件界面設(shè)置待測樣品 的移動步長、每行測試點(diǎn)數(shù)m及行數(shù)η ;
[0025] ②所述的ASE光源1輻照測試點(diǎn)時采用1-on-l的方法：所述的計算機(jī)16驅(qū)動所 述的ASE光源1對一個測試點(diǎn)輻照一個光脈沖，所述的CCD探測器15記錄光場分布和所述 的能量計14記錄ASE光源能量大小送入所述的計算機(jī)14存儲；所述的計算機(jī)驅(qū)動待測樣 品平臺11控制待測光學(xué)元件沿X的方向移動一個步長，保持輻照的能量密度相等地進(jìn)行輻 照測量，直至第i = 1行中m個測試點(diǎn)輻照完；
[0026] ③輻照完一行測試點(diǎn)后，減小ASE光源的能量密度，計算機(jī)控制樣品沿著Y方向移 動一個步長，重復(fù)步驟②，繼續(xù)輻照另一行的m個測試點(diǎn)；
[0027] ④重復(fù)步驟③，直到樣品表面某行m個點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)有損傷；
[0028] ⑤計算機(jī)統(tǒng)計每行測試點(diǎn)產(chǎn)生損傷的點(diǎn)數(shù)，計算每行測試點(diǎn)損傷幾率，即損傷幾 率=損傷點(diǎn)數(shù)/受福照點(diǎn)數(shù)m ;
[0029] ⑥計算機(jī)以ASE能量密度為橫軸，損傷幾率為縱軸，生成損傷幾率與激光能量密 度對應(yīng)的分布圖，通過擬合出零損傷幾率，計算并顯示被測樣品的ASE損傷閾值。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用放大自發(fā)輻射光源測試光學(xué)元件損傷閾值裝置，特征在于該裝置包括ASE 光源（1)、能量衰減器（2)、λ/2波片（3)、第一反射鏡（4)、第二反射鏡（5)、第三反射鏡 (6)、第四反射鏡（7)、第一平凸透鏡（8)、平凹透鏡（9)、楔形取樣鏡（10)、供待測光學(xué)元件 設(shè)置的樣品平臺（11)、小孔光闌（12)、第二平凸透鏡（13)、能量計（14)、(XD探測器（15)和 計算機(jī)（16)，沿所述的ASE光源（1)的激光輸出方向依次是所述的能量衰減器（2)、λ/2 波片（3)、第一高反鏡（4)、第四高反鏡（7)、第一平凸透鏡（8)、平凹透鏡（9)、楔形取樣鏡 (10)和待測光學(xué)兀件，在所述的楔形取樣鏡（10)的反射光方向分別設(shè)有第二高反鏡（5)和 第三高反鏡（6)，在第二高反鏡（5)的反射光方向是所述的CCD探測器（15)，在第三高反鏡 (6)的反射光方向依次是所述的小孔光闌（12)、第二平凸透鏡（13)和能量計（14)，所述的 計算機(jī)（16)的輸出端與所述的樣品平臺（11)的控制端相連，所述的CCD探測器（15)的輸 出端與所述的計算機(jī)（16)的第一輸入端相連，所述的能量計（14)的輸出端與所述的計算 機(jī)（16)的第二輸入端相連，所述的計算機(jī)（16)具有采集光場分布和光束能量的軟件以及 控制樣品平臺（11)的驅(qū)動軟件。
2. 利用權(quán)利要求1所述的裝置對光學(xué)元件損傷的測試方法，其特征在于該方法包括下 列步驟： ① 將待測光學(xué)元件置于待測樣品平臺（11)上，在計算機(jī)的軟件界面設(shè)置待測樣品的移 動步長、每行測試點(diǎn)數(shù)m及行數(shù)η ; ② 所述的ASE光源（1)輻照測試點(diǎn)時采用1-on-l的方法：所述的計算機(jī)（16)驅(qū)動所 述的ASE光源（1)對對測試點(diǎn)輻照一個光脈沖，所述的CCD探測器（15)記錄光場分布和所 述的能量計（14)記錄ASE光源能量大小送入所述的計算機(jī)（14)存儲；所述的計算機(jī)驅(qū)動 待測樣品平臺（11)控制待測光學(xué)元件沿X的方向移動一個步長，保持輻照的能量密度相等 地進(jìn)行輻照測量，直至第i = 1行中m個測試點(diǎn)輻照完； ③ 輻照完一行測試點(diǎn)后，減小ASE光源的能量密度，計算機(jī)控制樣品沿著Y方向移動一 個步長，重復(fù)步驟②，繼續(xù)輻照另一行的m個測試點(diǎn)； ④ 重復(fù)步驟③，直到樣品表面某行m個點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)有損傷； ⑤ 計算機(jī)統(tǒng)計每行測試點(diǎn)產(chǎn)生損傷的點(diǎn)數(shù)，計算每行測試點(diǎn)損傷幾率，即損傷幾率= 損傷點(diǎn)數(shù)/受福照點(diǎn)數(shù)m ; ⑥ 計算機(jī)以ASE能量密度為橫軸，損傷幾率為縱軸，生成損傷幾率與激光能量密度對 應(yīng)的分布圖，通過擬合出零損傷幾率，計算并顯示被測樣品的ASE損傷閾值。
【文檔編號】G01N21/88GK104062299SQ201310422557
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】周瓊, 莊亦飛, 馮滔, 朱健強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所