[发明专利]一种基于点阵列在线分析的超快激光材料损伤测试方法

说明书

本发明涉及一种基于点阵列在线分析的超快激光材料损伤测试方法，所述方法包括：用图像采集方法在线获取损伤前后材料表面图像并通过图像处理得到损伤前后差异信息的方法以识别表面的损伤点阵列；在上述识别的点阵列中间区域选取需要观测的全部点数N,N与测试工艺参数之间应满足(I/vXf2N,且N＞10)；用二值法识别N中的损伤点数(N')并进行损伤概率(m_i＝N/NX100％,其中点阵列组别i＝1、2...n)分析，通过判别m；是否为0来确保实验的准确性，若m_n+1＝0则认定m对应的激光能量密度为材料的超快激光损伤阈值，并同时输出横轴为激光能量密度，纵轴为损伤概率点的分布图。

技术领域

本发明涉及一种基于点阵列在线分析的超快激光材料损伤测试方法，涉及检测技术、激光加工技术、尤其涉及材料的激光损伤测试方法。

背景技术

近年来，强激光对光学元件的破坏制约着激光向高功率、高能量发展，也是影响光学元件稳定性、可靠性和使用寿命的重要因素。但是在超快激光系统中由于超快激光的超短脉冲和光斑小的特性，对材料的破坏频繁发生；传统的离线分析手是通过肉眼对损伤点的选取，其测试的损伤阈值有一定的误差；超快激光对材料表面的损伤成为人们所关注的热点，而准确、高效地测试材料损伤阈值是激光材料抗损伤能力的先决条件。

光学元件的抗激光损伤能力由其自身基片材料特性和膜层性质决定，而激光损伤阈值是衡量光学元件抗激光损伤能力的重要技术指标。损伤阈值的测试主要目前最多使用的有R-on-1和1-on-1两

种方式。其中R-on-1损伤测试方式是指对于被测样品上的同一点，用递增的激光能量重复照射样品，直到产生损伤为止。测试时要求初始激光能量远小于样品的损伤阈值，记录下造成样品损伤的脉冲激光能量，即认为是该点的损伤阈值。测出同一样品上多个点的损伤阈值，求出平均值即为被测样品的损伤阈值。该种方法由于要对样品同一点上进行多次激光照射，因此存在激光预处理效应，所以很难测到样品的准确损伤阈值。

目前对材料损伤阈值测试的方法主要有相衬显微法(主要针对薄膜材料)、散射光强检测法等，各种方法各有优劣。

相衬显微法是国际标准ISO11254所推荐的一种测试方法，其采用放大倍率为100-150倍的Normaski显微镜对激光扫描后的薄膜样片进行观测，以判别薄膜是否发生损伤，但是这种方法的主观性很强，由于个体差异，不同的测试者可能得到不同的判别结果，从而导致薄膜激光损伤阈值最终结果有偏差，而且这种方法工作强度大，测试效率低，难以实现整机系统的自动化。

散射光强检测法是当激光以一定的角度斜入射在样品上时，如果表面的反射点处无疵点，则反射光将按几何光学给出的规律反射，当表面的反射点处不光滑，或被激光照射后产生损伤，则主光线中相当部分能量不能定向，而要产生散射，对应光电接收器就有电信号输出，通过探测光电接收器有无电信号输出，实际上是探测激光辐射前后电信号的变化就可判断激光照射点是否被损伤，此方法消除了人为因素的干扰，但这种方法对于样片表面光洁度不高，表面反射率较低的情况下，判别存在较大的误差。

所以，目前在损伤阈值的测试中，所用激光主要是长脉冲激光，测试方法主要是通过显微镜等，对损伤图像进行人眼观察，主观性太强，会使损伤阈值的测试出现偏差或误测。而对于基于点阵列在线分析的超快激光材料损伤测试方法，未有很好的解决方案。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于点阵列在线分析的超快激光材料损伤测试方法。基于超快激光对材料以点扫描方式的损伤测试过程中，采用图像采集的方法在线获取材料表面图像，通过图像处理识别材料表面上的损伤点阵列，采用图像识别方法判别点阵列的行间距是否为材料损伤测试时移动的扫描间距d，同时减小激光能量对样品进行扫描，在点阵列中间区域选取需要观测的的全部点数N，判别损伤点数并测试损伤概率，判别损伤概率为0，最后输出损伤阈值测试结果。