[发明专利]光学元件体内激光损伤在线探测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光损伤探测，特别是一种光学元件体内激光损伤在线探测方法和装置。

背景技术

随着激光通量的提升和紫外激光研究的深入，光学元件的抗破坏能力制约了激光器的发展和紫外领域的研究。激光破坏的产生和生长会导致光束质量及光通量的下降，同时也会造成后续元件的破坏。因此目前评判高功率激光系统中元件质量优劣的一个重要指标就是光学元件的激光损伤阈值。

光学元件的激光损伤可能发生在前、后表面或体内。比如激光薄膜、熔石英玻璃等元件的损伤首先产生于表面；KDP/DKDP晶体的损伤首先产生于体内。因此对KDP/DKDP晶体而言体内激光损伤的探测就显得尤为重要。相对于表面损伤探测，体内探测技术发展比较缓慢，这主要是由于体内损伤探测受到景深大、容易离焦、表面散射光远大于体内等因素的制约，使得体内损伤探测难度较大。

现有损伤探测技术中，主要是利用激光与光学元件相互作用产生的各种效应探测光学元件的损伤。比如等离子体闪光判别法、散射法、光热法、光声法等。等离子体闪光判别法，主要应用于薄膜表面的损伤探测，当脉冲激光作用于薄膜表面，薄膜内的杂质吸收激光，从而使辐射位置迅速升温产生气化，进而物质蒸汽中的原子被激发或离化，形成等离子体闪光。实际上在形成等离子体闪光之前，膜层可能已产生了一定的损伤，所以采用该方法的探测灵敏度较低。散射法主要采用主动式光源照明被检的光学元件，如果光学元件存在损伤，则损伤点会产生散射光，使得散射光强度或者探测区域图像发生变化，由此判断损伤是否产生。光热法是利用激光辐射引起光学元件表面结构以及性能的变化光热信号也会随着发生变化来判断损伤是否产生。光声法是采用光学元件表面在损伤后，其膜层内的光声波的波形发生变形来判断损伤。分析上述四种方法，等离子闪光、光热法和光声法都只能适用于表面损伤的判定。而对体内损伤的判定只能采用散射法。

本文采用透镜组收集散射光将体内区域成像在探测器上，判断激光辐照前后图像的变化情况确定损伤是否产生，这种方法也称之为图像相减法。

发明内容

本发明提供一种光学元件体内激光损伤在线探测方法和装置，适于各类光学元件体内损伤的在线测试，且灵敏度较高。

本发明的技术解决方案如下：

一种光学元件体内激光损伤在线探测方法，应用脉冲激光器发出的激光辐照光学元件体内，观测光学元件体内激光辐照区域的图像变化判断损伤是否产生，其特点在于：所述的脉冲激光器是Nd：YAG脉冲激光器，采用HeNe连续激光照亮光学元件体内激光辐照区域，将大景深、高分辨率的成像装置从正侧面将光学元件体内激光辐照区域成像在探测器上，通过计算机控制损伤在线监测系统和待测光学元件的同步移动，以消除待测光学元件移动带来的离焦现象。

实施上述光学元件体内激光损伤探测方法的装置，其特点在于该装置包含HeNe连续激光器，沿该HeNe连续激光器的输出光方向依次是双色镜、聚焦透镜和待测光学元件，所述的双色镜与光路成45°，在所述的双色镜的45°方向设置Nd:YAG激光器，该Nd:YAG激光器发出的激光经所述的双色镜反射后与所述的HeNe连续激光器输出的激光同光路经所述的聚焦透镜照射在待测光学元件体内，所述的待测光学元件置于样品平移台上，在所述的待测光学元件的正侧方向是探测装置移动平台，在该探测装置移动平台有成像透镜组和CCD探测器，该CCD探测器的输出端与计算机的输入端相连，该装置的光路是，Nd:YAG激光器发出脉冲激光经双色镜反射后由聚焦透镜聚焦在待测光学元件的体内构成一个Nd:YAG激光照射区域；由HeNe激光器发出的连续的HeNe激光透过双色镜经聚焦透镜照亮被Nd:YAG激光照射区域；所述的HeNe激光经探测区域的散射光通过正侧面的成像透镜组收集并成像在CCD探测器上，CCD探测器收集的待测光学元件的损伤数据输入所述的计算机，该计算机对损伤数据进行处理；

所述的计算机经第一运动控制卡控制第一电机驱动器驱动第一步进电机带动所述的样品移动平台运动，使所述的待测光学元件按需求的轨迹运动，所述的计算机经第二运动控制卡控制第二电机驱动器驱动第二步进电机带动所述的探测装置移动平台运动，使所述的成像透镜组和CCD探测器整体运动，与所述的待测光学元件的运动相配合，以消除离焦现象。

所述的成像透镜组为大景深、高分辨率的成像透镜组。

本发明与在先技术相比较具有以下技术效果：

1、本发明提供了一种噪声小、分辨率优于5μm、稳定可靠的体内损伤探测装置。