[发明专利]终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件检测技术领域，尤其涉及终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法。

背景技术

大型固体激光装置规模宏大，光学元件数量众多，输出能量和功率高，是惯性约束聚变研究的主力装置。在高功率输出条件下，光学元件损伤成为了人们必须面临的棘手问题，因此光学元件损伤需要严格控制。惯性约束聚变大型固体激光装置的终端光学组件集成了大口径的晶体光学元件，在高能量激光(最大输出通量8J/cm²，脉宽3ns，波长351nm)的辐照下极易产生损伤，为了确保及时发现与跟踪损伤的增长过程，终端光学元件损伤在线检测系统(FODI)在每次打靶实验后，对终端光学元件采集图像，使用数据处理模块对图像中的损伤进行识别与分类，标记出所有可能的损伤。然而，对于晶体双折射造成的重影剔除问题，还没有专门的处理方法。

本专利通过研究晶体双折射所致孪生像的位置与能量关系，提出一种剔除重影的方法。晶体双折射导致了每一个损伤点形成两个像，即o光像与e光像，二者构成一对孪生像。根据孪生像的性质把e光像的能量合并到o光像上，然后剔除e光像，并使用o光像的位置作为合并像的位置，从而达到了剔除重影的目的。

发明内容

本发明为解决晶体双折射造成的重影剔除的问题，而提出终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法。

终端光学元件损伤在线检测中孪生像的剔除方法，按以下步骤进行：

一、对每一个存在晶体的成像光路，在被检光学元件上取样M×N个点，作为损伤点位置，计算出M×N个点在成像系统中CCD上所成的o光像与e光像的坐标；

其中M×N个点中任一点在成像系统中CCD上所成的o光像与e光像的坐标按如下步骤求得；

A、求寻常光波矢量k_o和非常光波矢量k_e的表达式：

单轴晶体厚度为L，口径为a×b，在晶体表面建立如图1所示的坐标系，一束平行光沿方向k₁＝(cosα₁,cosβ₁,cosθ₁)照射到晶体表面，入射点为坐标原点O，z轴为晶体表面法线；晶体光轴p的方向余弦为e_p＝(x₀,y₀,z₀)，在晶体内，产生折射o光和e光，寻常光(o光)波矢量k_o、非常光(e光)波矢量k_e、非常光(e光)光线矢量s_e与z轴夹角分别为θ_o、θ_ke、θ_se，由此得出k_o、k_e的表达式为：

其中，k_o、k_e均为单位矢量，即|k_o|＝|k_e|＝1；

B、求e光折射率n₂：

设k_o、k_e、s_e与晶体出射面交点分别为P_o、P_ke、P_se，由晶体光学理论可知，k_o与k_e均在入射面内，即：k₁、k_o、k_e三者共面，s_e不在入射面内，但是k_e、s_e与晶体光轴e_p三者共面；设s_e的单位方向向量为：s_e＝(a_e,b_e,c_e)，对于o光，波矢量k_o与光线方向s_o重合，折射角均为θ_o＝arcsin(n₁sinθ₁/n_o)；对于e光，折射率n₂同波矢量k_e与晶体光轴p的夹角θ_kp有关，即：

式中n_o和n_e分别是晶体的o折射率和e折射率；

C、求解角θ_kp的值：