本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜的激光損傷測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度的實時測量方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)薄膜的損傷多年來一直制約著高功率激光器的發(fā)展，研究薄膜損傷的檢測，給出一個好的測量方法是解決上述問題的關(guān)鍵所在。

光學(xué)薄膜激光損傷機理的研究是制備高質(zhì)量光學(xué)薄膜的基礎(chǔ)，而只有深入了解光學(xué)薄膜損傷過程中其光、熱、力特性的變化才能深刻理解其激光誘導(dǎo)損傷機理。而熱損傷是納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜的主要損傷過程，所以納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度的實時測量是非常必要的。

目前對激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度的探測沒有直接的測量方法。大多數(shù)的測量都是一種間接測量，一般都是通過測量光學(xué)薄膜在激光輻照下的吸收大小，然后認為吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱能再通過熱傳導(dǎo)理論來反解表面溫度相應(yīng)的變化，而且這種吸收的測量一般是光學(xué)薄膜在激光誘導(dǎo)下沒有損傷，因為一旦光學(xué)薄膜發(fā)生損傷，其吸收會顯著增大可能要提高幾個量級，所以對這種測量方法提出了限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可以實時測量納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷過程中表面的溫度，為納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷機理的確定提供實驗依據(jù)的激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度的實時測量方法。

為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：一種光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度的實時測量方法，涉及的測量裝置包含輸出波長為λ₁的第一激光器、用于準直光路協(xié)助監(jiān)測損傷破壞的第二激光器以及用于探測光路的第三激光器的激光系統(tǒng)，一個位于由計算機控制的移動平臺上的待測樣品，用于判斷損傷的CCD在線損傷判斷裝置以及測量熱反射信號的兩個Si雪崩光電二極管探測器和一個示波器；在所述的第一激光器輸出的光路上依次設(shè)置45度轉(zhuǎn)折鏡一、激光能量衰減器、45度轉(zhuǎn)折鏡二、分光鏡以及透鏡，波長為λ₁的第一激光輻照在處于移動平臺上的待測樣品，在所述的分光鏡的反射光路上設(shè)置能量計，用于測量波長為λ₁的第一激光器的能量；在所述的第三激光器輸出光路上設(shè)置分束鏡，把探測光束分成兩束，一束設(shè)置45度轉(zhuǎn)折鏡三轉(zhuǎn)折光路，在分束鏡的反射光路上設(shè)置Si雪崩光電二極管探測器二測量反射的探測激光的能量以監(jiān)控探測激光輸出激光的穩(wěn)定性；另一束通過反射鏡反射在待測樣品上，待測樣品表面的瞬時熱反射信號被Si雪崩光電二極管探測器一測量，并被示波器記錄，示波器通過數(shù)據(jù)線與計算機串口相連，具體的測量方法步驟：

(1)、調(diào)整光路：合理的調(diào)節(jié)45度轉(zhuǎn)折鏡一、45度轉(zhuǎn)折鏡二，以及透鏡的位置使得波長為λ₁的激光輻照在待測樣品上；

(2)、通過透鏡的移動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，調(diào)整透鏡位置使波長為λ₁的激光輻照在待測樣品上有合適的光斑大??；

(3)、進行納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷的測量：啟動第一激光器、第二激光器、移動平臺、能量計及CCD在線損傷判斷裝置，設(shè)置第一激光器的能量密度為固定值，通過所述的CCD在線損傷判斷裝置判斷待測樣品是否出現(xiàn)損傷，如果待測樣品沒有出現(xiàn)損傷，則增加第一激光器的能量密度，直至樣品開始出現(xiàn)損傷；

(4)、進行損傷過程中表面溫度的測量：CCD在線損傷判斷裝置，啟動第三激光器，調(diào)整探測光路，使波長為λ₃的探測激光與波長為λ₁的主激光有一定的角度輻照在待測樣品上，同時調(diào)節(jié)兩個Si雪崩光電二極管探測器和示波器，記錄待測樣品表面的熱反射信號，示波器實時記錄Si雪崩光電二極管探測器一探測的在主激光不同激光能量密度下樣品表面的熱反射信號，并把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，Si雪崩光電二極管探測器二來實時監(jiān)控探測光束的穩(wěn)定性；設(shè)某一時刻Si雪崩光電二極管探測器一獲得的信號強度為S，探測光束對應(yīng)的功率為P，則根據(jù)公式：即可確定樣品表面在主激光輻照下?lián)p傷破壞過程中的溫度變化。

本發(fā)明的原理如下：

在激光輻照過程中，薄膜表面的溫度將發(fā)生變化，而薄膜表面的反射率會隨著表面溫度的變化而變化，本發(fā)明通過測量薄膜表面反射率的相對變化ΔR來測量薄膜表面的溫度變化ΔT，即有：其中κ為薄膜的熱反射系數(shù)。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下有益效果：

采用該技術(shù)可以有效快速的測量納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度，為納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷機理的確定提供實驗依據(jù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明所提供的實施例損傷判斷狀態(tài)下的裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明所提供的實施例損傷過程中表面溫度的實時測量裝置結(jié)構(gòu)圖；

附圖標記：

1-第一激光器；2-第二激光器；3-第三激光器；4-45度轉(zhuǎn)折鏡一；5-反射鏡一；6-分光鏡；7-能量計；8-反射鏡二；9-反射鏡三；10-45度轉(zhuǎn)折鏡二；11-反射鏡四；12-激光能量衰減器；13-Si雪崩光電二極管探測器一；14-待測樣品；15-匯聚透鏡；16-計算機；17-示波器；18-CCD在線損傷判斷裝置；19-移動平臺；20-Si雪崩光電二極管探測器二；21-分束鏡。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施方式，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，本具體實施方式采用以下技術(shù)方案：一種光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度的實時測量裝置及方法，在納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷判斷時，測量裝置是由輸出波長為λ₁的第一激光器1，用于準直光路協(xié)助監(jiān)測損傷破壞的第二激光器2，一個判斷損傷的CCD在線損傷判斷裝置18。在所述的第一激光器1輸出的光路上依次設(shè)置45度轉(zhuǎn)折鏡一4、激光能量衰減器12、45度轉(zhuǎn)折鏡二10、分光鏡6和匯聚透鏡15，波長為λ₁的第一激光通過匯聚透鏡15輻照在所述的待測樣品14上，待測樣品14放置在二位步進電機移動平臺19上，在分光鏡6的反射光路上設(shè)置能量計7，用于測量波長為λ₁的激光能量；

在所述的待測樣品14的表面空間設(shè)置CCD在線損傷判斷裝置18，所述的第一激光器1、第二激光器2、CCD在線損傷判斷裝置18、移動平臺19通過通信線與計算機16串口連接。

所述的激光能量衰減器12由可旋轉(zhuǎn)的半坡片和衰減片組成，由計算機16控制可以調(diào)節(jié)照射到樣品表面的光束能量。

請參閱圖2，納秒脈沖激光誘導(dǎo)光學(xué)薄膜損傷過程中表面溫度的實時測量時，裝置包括輸出波長為λ₁的第一激光器1，用于準直光路協(xié)助監(jiān)測損傷破壞的第二激光器2，用于測量熱反射信號的第三激光器3，一個位于放置在移動平臺19上的待測樣品14，Si雪崩光電二極管探測器一13、Si雪崩光電二極管探測器二20和一個示波器17；

在所述的波長為λ₃的探測激光與主激光有一定的角度輻照在待測樣品14上，在分束鏡21的反射光路上設(shè)置Si雪崩光電二極管探測器二20測量反射的探測激光的能量，以監(jiān)控探測激光輸出激光的穩(wěn)定性。在分束鏡21的透射光路上設(shè)置Si雪崩光電二極管探測器一13和一個示波器17，記錄待測樣品14表面的熱反射信號，示波器17通過通信線與計算機16串口連接。

在本發(fā)明的實施中，第一激光器1為Nd：YAG激光器，采用電光調(diào)Q，輸出波長為1064nm的基膜激光，該激光經(jīng)由45度的放置的反射鏡一5調(diào)整，再由一個匯聚透鏡15聚焦在待測樣品14表面，同時由計算機16控制的二維步進電機移動平臺19對待測樣品14的測試區(qū)域進行準確定位，其單步移動的精度為5μm。在測量過程中CCD在線損傷判斷裝置18必須對準損傷測量點，并依賴第二激光器2的He-Ne激光在待測樣品14表面的散射來判斷損傷的發(fā)生。

在本發(fā)明的實施中，第三激光器3為輸出波長639nm的連續(xù)激光器。該激光經(jīng)分束鏡21分成兩束激光，一束經(jīng)一定角度的反射鏡二8反射射到待測樣品14表面，經(jīng)過待測樣品14表面的瞬時反射信號經(jīng)另一對稱放置的反射鏡三9反射到Si雪崩光電二極管探測器一13，另一束由一個45度放置的反射鏡四11調(diào)整后射入Si雪崩光電二極管探測器二20，來監(jiān)控探測光束的穩(wěn)定性。

該實施例中待測樣品14為，該待測樣品14采用電子束蒸發(fā)方式制備，采用材料為高折射率材料和低折射率材料，該待測樣品在1064nm的中心波長處的反射率高達99.99％。

本實施例的測量過程為：

首先把待測樣品14放在移動平臺19上，然后通過計算機16控制1064nm激光光路中的激光能量衰減器12的半波片的旋轉(zhuǎn)角度來控制激光的輸出能量，按照ISO11254-1的測試標準，即每測量一個點換一個位置，并利用CCD在線損傷判斷裝置18進行在線損傷的判斷。波長為639nm的連續(xù)激光按照上述方法調(diào)整后，示波器17實時記錄Si雪崩光電二極管探測器一13探測樣品表面的熱反射信號，并把數(shù)據(jù)傳輸給計算機16，Si雪崩光電二極管探測器二20來實時監(jiān)控探測光束的穩(wěn)定性。設(shè)某一時刻Si雪崩光電二極管探測器一13獲得的信號強度為S，探測光束對應(yīng)的功率為P，則根據(jù)公式：即可確定樣品表面的溫度變化。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。