[发明专利]一种激光损伤阈值测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光测试技术，尤其涉及一种采用相衬显微法的激光损伤阈值测试系统。

背景技术

随着高功率激光器应用范围的不断扩大，光学薄膜或光学元件抗激光损伤性能的重要性日益突出，因此，激光损伤阈值已成为光学薄膜或光学元件不可缺少的一项性能指标。若要实现高性能、高激光损伤阈值的薄膜制备和探索研究，其关键还是在于准确测出光学元件或薄膜的激光损伤阈值。所以，在激光损伤阈值测试过程中，如何实现在线、实时、快速、准确地激光阈值损伤判别，以及在此基础上研制兼有激光阈值自动检测和数据信息处理功能的激光阈值智能化测试系统已成为研究的核心一环。

近年来，国际标准化委员会颁布了ISO11254-1和ISO11254-2，这是对激光引起光学元件损伤而制定的国际标准。其所推荐的检测方法是相衬显微法，该检测方法采用放大倍率为100～150倍的显微镜对激光辐照后的光学元件或光学薄膜表面进行观察，以判别薄膜是否发生损伤。但是，该检测方法需要采用人工操作方式进行，存在明显的不足，主要表现在：

一、采用人工方式直接观察被测元件表面，主观性很强，且分辨率不高。此外，由于放大倍率较高，且测试点繁多，工作强度大；

二、需要人工控制待测样品在夹持台和测试台之间移动，不仅会引起较大的系统测量误差，而且需要有较洁净的实验环境以避免样品污损所引起的测量误差；

三、手工方式的检测方法效率低下，尤其是多点测试过程中，要实现各个测量点的聚焦定位和测量，要求测试人员必须具备娴熟的相衬显微镜方面的使用技能，因而测量过程耗时过长且无法实现整机的自动化。

是故，现有的激光损伤测试方法造成了极大的测量误差，很难保证光学元件或光学薄膜的损伤阈值高精度测量。有鉴于此，如何设计一种智能化的激光损伤阈值测试系统，以便有效克服现有测量方法的误差较大、测量过程耗时过长的缺陷，是相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中的激光损伤阈值测试方法所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的激光损伤阈值测试系统。

依据本发明的一个方面，提供了一种激光损伤阈值测试系统，其中，该激光损伤阈值测试系统包括：

高能激光损伤装置，包括激光器、衰减器、聚焦透镜、分束器和高反镜，其中，所述激光器发出的激光依次经由所述衰减器、所述聚焦透镜、所述分束器和所述高反镜会聚在待测样品的表面，所述激光器发出高能量的、波长为1064nm、脉冲宽度为12ns的激光束，所述衰减器对发出的激光能量进行调整，使调整后的激光能量在2～200mJ范围内线性变化，所述聚焦透镜对调整后的激光束进行聚焦处理，所述分束器按100∶1的比例将小能量的激光导入激光测试分析单元进行能量光束分析；

高分辨率彩色CCD图像损伤判别装置，包括第一驱动步进电机、Z向运动机构、配有第一倍率物镜光学系统的CCD采集单元以及配有第二倍率物镜光学系统的CCD采集单元、CCD旋转夹持台，所述第二倍率高于所述第一倍率，其中，所述配有第一倍率物镜光学系统的CCD采集单元对来自高能激光损伤装置的激光辐照后的待测样品表面上的辐照点进行快速预判，筛选得到损伤测试点，然后通过配有第二倍率物镜光学系统的CCD采集单元对筛选后的未损伤测试点进行复检判断，所述CCD旋转夹持台用于实现配有第一倍率物镜光学系统的CCD采集单元以及配有第二倍率物镜光学系统的CCD采集单元在相同测试位置的旋转，所述Z向运动机构在所述第一驱动步进电机的作用下调整上述两个CCD采集单元的光路自动调焦；

CCD辅助光源装置，包括角度可调光源夹持台和CCD辅助光源，所述角度可调光源夹持台用以控制所述CCD辅助光源的焦距；以及

样品台运动控制装置，包括第二驱动步进电机、样品工装台和XY方向二维平移台，所述第二驱动步进电机使所述XY方向二维平移台工作从而自动调整待测样品的工位，所述样品工装台用以放置所述待测样品。

优选地，激光损伤阈值测试系统采用1-on-1模式对所述待测样品进行测试，首先通过所述配有第一倍率物镜光学系统的CCD采集单元记录i×j个测试点辐照前的初始图像，然后以给定的步长按照i个能级逐一在每个能级下对j个测试点进行激光辐照，并利用所述配有第一倍率物镜光学系统的CCD采集单元再次采集所述待测样品表面的i×j个测试点辐照后的图像，对比辐照前后的测试点图像从而筛选得到损伤测试点，最后通过所述配有第二倍率物镜光学系统的CCD采集单元对筛选后的未损伤测试点进行复检判断，其中，i、j为自然数。