[发明专利]光学元件体内激光损伤自动快速探测装置

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自动快速探测装置。

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，特别是体内损伤自动探测技术尤为滞后，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，使得体内损伤自动探测难度较大。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学元件体内激光损伤自动快速探测装置，适于各类光学元件体内损伤的自动探测和判断。

本发明的技术解决方案如下：

一种光学元件体内激光损伤探测装置，特点在于其构成包括：置于移动平台上的待测光学元件；由依次的Nd:YAG激光器和第一聚焦透镜组成的脉冲激光辐射系统；由第一HeNe连续激光器、第二聚焦透镜、第二HeNe激光器和第三聚焦透镜构成的HeNe激光照明系统；由依次的同光轴的孔径光阑、散射光收集透镜组、视场光阑和光电探测器组成的损伤探测系统，所述的光电探测器的输出端与计算机的输入端相连，该计算机的输出端通过数据输出卡与所述的Nd:YAG激光器和移动平台的控制端相连；

在所述的计算机的控制下，通过数据输出卡驱动Nd:YAG激光器发出脉冲激光通过第一聚焦透镜聚焦在待测光学元件体内的测试区域；由第一HeNe激光器和第二HeNe激光器发出的连续激光分别经第二聚焦透镜和第三聚焦透镜聚焦后倾斜入射到待测光学元件体内照亮被Nd:YAG激光辐射的测试区域；该测试区域的散射光经所述的孔径光阑、散射光收集透镜组、视场光阑由所述的光电探测器探测，该光电探测器的输出端与所述的计算机的输入端相连。

所述的散射光收集透镜组为大景深、高分辨率的收集透镜组。

Nd：YAG激光器发出脉冲激光由聚焦透镜组聚焦在待测光学元件体内，构成一个Nd：YAG激光辐照区域。由两个HeNe激光器发出的连续激光经聚焦透镜后照亮被Nd：YAG激光照射区域。所述的HeNe激光经体内测试区域的散射光通过收集透镜装置聚焦在光电探测器上，光电探测器探测到的待测光学元件散射光强度数据输入所述的计算机上，该计算机对该数据进行处理判断损伤是否产生。

所述的计算机经运动控制卡控制电机驱动器驱动步进电机带动所述样品匀速移动。所述的计算机经数据输出卡输出调Q信号控制脉冲激光器输出，所述的计算机在输出调Q信号之前和之后分别获取数据采集卡采集到的散射光强度信号，比较散射光强度信号确定损伤是否产生。为了消除样品移动过程中激光辐照区域变化带来的判断误差，尽量减少两次信号提取的时间间隔，时间间隔控制在1ms以下，从而降低判断误差。

本发明与在先技术相比较具有以下技术效果：

1.本发明提供一种分辨率～20μm，稳定可靠的体内损伤自动快速探测装置和方法；

2.可以在匀速运动过程中自动判断损伤，通过控制激光辐照前后散射光信号提取的时间间隔（<1ms），降低因匀速移动区域变化带来的判断误差。