[实用新型]带在线检测的光学元件激光预处理及修复的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学元件激光处理及修复领域，具体是一种带在线检测的光学元件激光预处理及修复的装置。 

背景技术

在高功率或者高能量的强激光系统设计制造及其应用过程中，光学元件的激光损伤常常是制约相关系统运行水平的关键因素。这些光学元件的激光损伤阈值常常远低于用来制作该元件的材料本征损伤阈值。以用于激光惯性约束核聚变系统中的大口径熔融石英元件为例，其在355纳米紫外激光波段的破坏阈值远低于用来制作该元件的纯石英材料的本征阈值，是制约相关系统设计和研发的关键因素之一。 

发生这种现象的主要原因是在光学元件加工过程中，如切割、研磨、抛光等，不可避免的会引入各种缺陷和污染，特别是在元件的表面及亚表面区域，导致其表面及亚表面的光学质量往往比相关材料的本征特性差得很多，从而使得相关元件的表面及亚表面在强激光应用中成为限制元件性能的瓶颈，成为最容易发生激光损伤的薄弱环节。 

提高光学元件激光损伤阈值的方法有很多，包括新材料的研制、新工艺的开发、以及对传统光学加工工艺的改善等。实践证明，一种非常有效的提高光学元件激光损伤阈值的方法是激光处理，即在光学元件加工完毕、投入使用之前在亚阈值条件下对元件进行100%覆盖的激光辐照，以清除元件表面容易引起激光损伤的缺陷和污染。这种方法如果使用得当对光学薄膜、熔融石英、以及KDP晶体都非常有效。 

与激光处理类似但又有所不同的一种方法是激光修复工艺。激光处理的主要目的是在亚损伤阈值条件下对元件表面污染及微缺陷进行“无创”或者“微创”清理，以便提高元件的激光“初始损伤阈值”，亦即元件在激光系统应用中首次产生激光损伤的阈值；而激光修复工艺是对已经被激光损伤的破坏点进行修复处理，以便破坏点性能能够稳定下来，从而在后续激光辐照过程中相关破坏点能够减慢增长速度甚至不再发生进一步增长。 

现有的激光处理及激光修复工艺主要都是在一系列实验基础上制定具体工艺，然后按工艺进行处理，处理完毕后直接通过激光损伤实验来进行工艺成功与否的判别。这样做可以解决一些问题，但是难以得到最优效果。另外大口径光学元件制作费用昂贵，如果处理及修复结果没有达到合适效果就直接进行损伤实验或者投入实际使用，容易产生元件的破坏与报废，造成不必要的重大损失。因此，如果在进行激光处理和激光修复过程中，能够对处理及修复效果进行在线检测，根据检测结果实时优化调整相应的工艺以达到最优的处理和修复效果就尤为必要。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种带在线检测的光学元件激光预处理及修复的装置，在激光处理以及激光修复系统中引入非接触式在线检测系统，用于对光学元件的激光处理区域或者激光修复区域进行在线检测，确保处理和修复达到预期效果，无需再通过后续破坏实验来验证处理和修复效果，大大简化了大口径光学元件的加工制作过程，也大大节约了成本。 

本实用新型的技术方案为： 

带有在线检测的光学元件激光预处理及修复的装置，包括有激光预处理及修复系统，所述的激光预处理及修复系统包括有相对光学元件表面设置的预处理光源或修复光源，和在线检测系统；所述的激光预处理及修复系统还包括有设置于预处理光源或修复光源后端且位于光学元件表面前端的第一光开关和光能量调整装置，所述的在线检测系统包括有用于激发光学元件表面荧光和红外辐射的泵浦光源、设置于泵浦光源后端且位于光学元件产生荧光和红外辐射的表面之间的第二光开关和光调制装置、用于获得荧光成像图像的荧光成像检测系统或用于获得红外成像图像的红外成像检测系统。

所述的荧光成像检测系统包括有相对光学元件产生荧光和红外辐射的表面设置的荧光成像装置，顺次设置于荧光成像装置后端的荧光滤光装置和荧光探测装置；所述的红外成像检测系统包括有相对光学元件产生荧光和红外辐射的表面设置的红外成像装置，顺次设置于红外成像装置后端的红外滤光装置和红外探测装置。 

所述的激光预处理及修复系统还包括有设置于第一光开关和光能量调整装置后端的第一分光楔板和设置于第一分光楔板一输出端后的第一光能量探测装置，所述的光学元件表面相对第一分光楔板另一输出端设置；所述的在线检测系统还包括有设置于第二光开关和光调制装置后端的第二分光楔板和设置于第二分光楔板一输出端后的第二光能量探测装置，所述的光学元件产生荧光和红外辐射的表面相对第二分光楔板另一输出端设置。