[发明专利]一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置，属于激光测试技术领域。

背景技术

强激光对光学薄膜的破坏制约着激光向高功率、高能量发展，也是影响光学薄膜稳定性、可靠性和使用寿命的重要因素。随着高功率、大能量激光器出现，以及激光调Q技术和锁模技术的发展，强激光对光学薄膜的破坏频繁发生，激光对光学元件及其薄膜的损伤成为人们所关注的热点，而准确、高效地测试激光薄膜损伤阈值是提高激光薄膜抗损伤能力的先决条件。九十年代以来，形成了ISO11254光学薄膜激光损伤阈值定量测试标准。1996年我国相关部门根据上述测试标准颁布了相应的国标GB/T16601-1996光学表面激光损伤阈值测试方法，并于1997年4月起推广实施1-on-1测试标准。

目前关于激光损伤阈值的测量主要是用手动方式操作激光器、衰减系统和样品来实现。利用未经过光束整形的激光束直接辐照光学薄膜，激光束光场强度分布服从高斯函数形式分布，辐照激光光斑的中心强度大，边缘相对较弱，光斑中心位置易于导致薄膜的损伤，损伤薄膜面积包络的激光脉冲能量小于实际能量，测量偏差较大。

发明内容

为准确测量光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值，本发明提供了一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置。该装置基于平顶高斯光束诱导光学薄膜和光电器件表面损伤，准确的反映了光学薄膜和光电器件表面损伤阈值，且该装置易于自动控制。

如附图1所示，本发明提供的一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置包括激光电源1、激光器2、光束整形器3、能量调节器4、聚焦透镜5、分光镜6、成像光学系统7、图像传感器8、光电探测器9、能量探测器10、图像采集卡11、光电处理电路12、能量采集处理电路13、能量调节控制器14、样品台15、运动控制卡16和上位机17；其中激光电源1为脉冲触发式高压电源，分别与上位机17和激光器2相连接，在上位机17的控制下向激光器2供电，激光器2发出的激光束依次经过光束整形器3、能量调节器4和聚焦透镜5后入射到分光镜6表面，部分激光束被分光镜6反射后辐照到被测样品表面，另一部分激光束穿过分光镜6被能量探测器10接收，能量采集处理电路13对能量探测器10获得的激光脉冲能量信息进行处理并传送给上位机17；被测样品表面透过分光镜6被成像光学系统7成像在图像传感器8的探测面上，图像采集卡11对图像传感器8获得的图像信息处理并传送给上位机17进行损伤薄膜面积的测量；能量探测器10表面对入射激光的散射光被光电探测器9接收，光电处理电路12将光电探测器9获得的电信号处理后传送给上位机17进行显示；

所述的激光器2为脉冲运转激光器，发射波长优选1064nm、532nm或355nm，其发射脉冲激光的最大重复频率为10Hz，脉冲宽度为10ns，其发射的激光脉冲用于辐照被测样品；

所述的光束整形器3为折射式非球面伽利略望远型光学系统，其由一个非球面负透镜和一个正透镜及机械夹具构成，其中的光学元件表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，位于激光器2输出激光束的光路中，并与激光束同光轴，用于对激光器2输出的光束进行整形，从而获得平顶高斯光束分布辐射光斑；

如附图2所示，所述的平顶高斯光束为光强分布曲线中心部位附近平坦的高斯光束辐射光斑，90%以上的能量集中在光强平顶分布部分；

所述的能量调节器4优选机械旋转式、电光式或磁光式能量调节器，其中的光学元件表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，位于激光光路中，并在光束整形器3的右侧，根据能量调节控制器14的控制信号来调节作用在样品表面的激光脉冲能量；

所述的聚焦透镜5为平凸透镜，其焦距优选200mm，表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，与激光束同光轴，用于对从能量调节器4出射的激光束进行汇聚；

所述的分光镜6为平面镜，表面镀制对45度入射激光波长的分光膜，反射光和透射光强度比例为24:1，对45度入射可见光的增透膜，与入射激光光路呈45度角放置，用于实现辐射样品光路、能量探测光路和样品表面成像光路的分离；

所述的成像光学系统7为相机镜头，放大倍率范围优选1~10，其中光学元件表面镀制可见光的增透膜，对激光器2发射波长的高反射膜，位于图像传感器8与分光镜6之间，用于将被测样品表面成像到图像传感器8的探测面上，同时阻挡激光波长进入图像传感器8；