[发明专利]一种面向激光薄膜内部缺陷的溯源性损伤阈值测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件抗激光损伤性能的测试方法，尤其是涉及激光薄膜在不同制备阶段所引入缺陷特征信息的溯源分析。 

背景技术

激光薄膜是高功率激光系统中的关键元件，而薄膜的激光损伤阈值是限制强激光技术向高功率、高能量方向发展的重要瓶颈之一。为了深入分析激光薄膜的损伤性能和损伤机制，准确评价光学元件的抗激光损伤能力，需要不断地发展和完善激光损伤阈值的测量技术，提高损伤阈值的测量精度和准确度，从而指导薄膜制备工艺的优化和改进。目前，在损伤阈值测量过程中，广泛采用基于ISO11254-1&2的1-On-1和S-On-1测试方法，以及能够对样品表面大面积覆盖的光栅扫描式损伤阈值测试方法。不同测试方法表征了激光薄膜不同的抗激光损伤能力，反映了元件在实际应用中的使用性能。 

激光薄膜具有强烈的“短板”效应，其损伤性能并不是由其“长板”(材料的本征损伤阈值)决定，而是由其“短板”(缺陷的损伤阈值)决定。激光薄膜在全流程制备工序中，包括基底加工、清洗、镀膜、后处理等，每道工序都将引入不同类型、尺寸和吸收特性的缺陷，不同的缺陷具有不同的损伤阈值，都将显著影响最终的损伤阈值。 

以往激光损伤阈值的测量仅针对激光薄膜本身，其阈值的高低虽然能够发现与不同尺寸缺陷有关，但无法追溯到缺陷的引入源头、初始特征、坐标位置等重要信息。因此，缺乏缺陷信息、溯源分析的损伤阈值测量技术，对激光薄膜制备工艺改进和优化方向的指导作用有限。 

针对通过损伤阈值测试对缺陷特点和源头进行逆向的可溯性分析的需求，急需基于缺陷高精度定位和复位方法的损伤阈值测量技术，通过损伤阈值测试追踪从基板加工到薄膜制备环节引入的缺陷信息。 

发明内容

本发明为了解决上述技术的不足，提供了一种面向激光薄膜内部缺陷的溯源式损伤阈值测量技术。 

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是： 

一种损伤阈值测量装置，其包括： 

进行损伤阈值测量的泵浦激光、被测样品、电动平移台、照明光源、损伤监控系统、定标装置。 

被测样品首先利用定标装置，在两个角的边缘标记两个校准零点，用于对每次拍摄的全口径图像中的缺陷坐标进行校准和定位。被测样品置于电动平移台上，从而可以调节被测样品的位置；同时，泵浦激光辐射于被测样品上，并有照明光源对于被测样品的表面进行照明，损伤监控系统实时监测被测样品在泵浦激光辐照时的图像。 

所述定标装置为能够在被测样品表面压制出微小压痕的硬度计；所述被测样品由电动平移台控制；所述被测样品为激光薄膜元件，根据全流程制作工序，包括基底加工、清洗、镀膜、后处理四个不同阶段；所述被测样品由损伤监控系统实时检测和图像拍摄；所述损伤监控系统由在线显微镜和外触发式相机组成。 

利用上述测量装置针对激光薄膜内部缺陷进行溯源式损伤阈值测量，包括下列步骤： 

①利用定标装置在被测样品两个角的边缘标记两个校准零点； 

②将被测样品固定在电动平移台，电动平移台控制被测样品做光栅轨迹移动，在线显微镜对准泵浦激光辐照被测样品的位置； 

③当被测样品移动到新的位置时，在线显微镜拍摄图像，然后电动平移台控制被测样品移动到下一个位置，横向移动距离为在线显微镜拍摄图像的横向尺寸，纵向移动距离为在线显微镜拍摄图像的纵向尺寸，每次完成对被测样品全口径区域的覆盖； 

④被测样品在基底加工完成阶段，电动平移台做第一次光栅运动，外触发式相机通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集；将第(x，y)张图片标记为P_xy，图片中缺陷点的局部坐标记为P_xy-αb，全局坐标记为P_XY，缺陷尺寸标记为P_d-XY，其中，α和b为缺陷点在第(x，y)张图片中的局部坐标，X和Y为以第(1，1)张图片的左上角为原点、缺陷点在整个测量区域的全局坐标;两个校准零点的全局坐标分别标记为P_l和P₂；