[发明专利]光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学检测，特别是一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置。

背景技术

熔融石英和氟化钙是作为准分子激光腔内光学元件和激光核聚变大型装置内光学元件的主要材料。光学材料的缺陷中心会引起光学吸收，从而影响光学元件的透过率，在高能量密度激光作用下甚至会产生瞬时或永久的光学损伤，从而会降低光学元件的透射率或系统效率。为了判断和甄选激光腔内适用的高透过率光学材料，以及快速检测激光调制的光学元件的光致损伤程度，从而为损伤元件进行修复提供参考。因而，对光学材料的激光感生荧光信号的探测和光致损伤的检测具有重要意义。

检测光学损伤的常用方法是利用光谱仪测量样品的透过率，参见在先技术‘微区光学损伤的测试方法和装置’[中国专利申请号201010506478]。该技术首先需要利用光学显微镜寻找光学损伤的物理位置并进行标记，并利用光谱仪测量样品损伤前后的透射光谱来计算样品的透射率。该方法无法直观地反映微观的光致损伤，光致损伤区域的检测需要进行多次操作也增加了检测的复杂性。

光学材料的缺陷和损伤可引起对传输光束的吸收，并通过下转换辐射荧光。荧光带的个数和荧光峰的强度可直观地反映材料的光致缺陷浓度和光致损伤程度，参见文献‘Laser-induced fluorescence of fused silica irradiated by ArF excimer laser’ [J. Appl. Phys.110, 013107 (2011)]。因此，通过分析待测光学材料的激光感生荧光谱能够方便地判断和比较相同材料不同牌号的样品的缺陷浓度、吸收率和透过率，从而为激光腔内选择具有高透过率、高损伤阈值的光学材料提供参考。另一方面，准确地诊断材料的光致损伤的程度，有助于对受损的光学元件开展修复或更换工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，该装置可精确、高速、便捷地测量检测光学元件的缺陷和光致损伤信息。

本发明的技术解决方案如下：

一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特点在于该检测装置由激光器、聚焦透镜、待测光学样品、载物台、成像透镜、光纤、光栅光谱仪和计算机组成，上述各部件的位置关系如下：

激光器输出的探测光束经聚焦透镜聚焦后，入射到置于载物台上的待测光学样品，激光激发待测光学样品产生的荧光信号经成像透镜后由光纤导入所述的光栅光谱仪，由该光栅光谱仪输出的荧光信号的光谱和荧光强度信息送所述的计算机显示。

所述的激光器是具有高脉冲能量、高光子能量的准分子激光器或倍频YAG激光器，其激光脉冲能量和脉冲重复频率可调。

所述的待测光学样品为熔融石英或者氟化钙晶体等紫外光学材料。

所述的载物台为空间XYZ三维行程可调的平台。

所述的光纤为抗紫外辐射的石英光纤，该光纤在190nm-1100nm较宽的光谱范围内均有较好的透射性，并且紫外激光辐照后透射率不会出现明显的老化。

所述的光栅光谱仪的波长响应范围为190nm-1100nm。

准分子激光输出的光束经透镜聚焦后，入射到位于载物台上的待测样品。样品在生长的过程中会形成本征缺陷，而且样品经激光辐照之后可产生光致缺陷损伤。样品内的光学缺陷或光学损伤产生对入射光的吸收，被吸收的光可激发荧光。这些荧光经成像透镜会聚，信号经光纤导入光栅光谱仪进行测量，利用计算机对光栅光谱仪测量的荧光峰的中心波长、荧光峰的强度和荧光带的数量进行分析。由于荧光的强度能够反映样品的吸收强度，而荧光带的中心波长可分析光学缺陷的种类，因而根据激光感生荧光光谱可分析样品光学缺陷和光学损伤的强度。

本发明也可实现对光学元件进行光学损伤信息的在线检测。具体实施方式是将准分子激光输出的光束经透镜聚焦后，入射到已装配的光学元件。利用光栅光谱仪分析已装配的光学元件的荧光光谱，即可实时分析该元件的光致损伤信息。

本发明的技术效果：

本发明通过探测和分析光学材料的荧光带的数量以及荧光峰的强度，可分析待测样品的光学缺陷浓度和光致损伤情况。本发明可实现对特定激光波长适用的光学材料的甄选和对材料因强激光辐照引起的光致损伤的在线检测。

附图说明

图1为本发明光学材料的缺陷和光致损伤检测装置的结构示意图；

图2为ArF准分子激光激发不同类型的材料的荧光光谱图；

图3为光学样品光致损伤前后经ArF准分子激光激发产生的荧光光谱图；

图4为本发明光学材料的缺陷和光致损伤检测装置的第二实施方案示意图。