[发明专利]一种透明光学元件的快速激光预处理方法及装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及光学材料激光预处理领域，具体是一种透明光学元件的快速激光预处理方法及装置。

背景技术

在强激光及其应用过程中，光学元件的吸收特性、缺陷分布及其抗损伤能力等都是系统能否正常运行的重要因素。在目前的技术条件下，对普通工业应用的激光元件及系统，通常都是通过改进光学元件的加工工艺来提高光学元件的光学性能包括抗激光破坏能力。但是随着各种应用对激光输出能量或功率水平要求的提高，仅仅从传统的加工方法和工艺上来进行改进在技术上已经变得越来越困难，并且成本昂贵。在一些特殊应用中，如建立超大型强激光系统并且开发其应用，采用传统的加工方法和工艺已经难以满足技术要求。

通过激光预处理来提高光学元件的光学性能及其激光损伤阈值是一种行之有效的方法。激光预处理技术通常是采用功率密度或能量密度略低于光学元件损伤阈值的激光束（亚阈值激光束）对光学元件进行100%覆盖的辐照处理。 激光预处理过程能够有效清除光学元件表面的污染和表面、亚表面缺陷，从而提高元件的激光损伤阈值。

一般在激光预处理过程中，为了达到更好的处理效果，需要采用强度依次增加的激光束对样品进行多次辐照处理，并且根据具体元件情况要对初始处理的激光强度以及所有后续处理的激光强度等进行合理的控制。此外，由于在超大型强激光系统中的光学元件的损伤阈值要求较高，因此对其进行亚阈值激光预处理需要使用较高的功率或能量密度。这样一来，利用普通工业商用激光器进行激光预处理，通常需要将光束聚焦成比较小的光斑尺寸才能满足激光亚阈值预处理所需要的激光功率或能量密度水平。

超大型强激光系统中常用的透明光学元件主要有熔融石英（Fused Silica）、KDP晶体等。实际使用中，为了增加激光的透射率，会在元件的表面镀上增透膜。这样一来，元件表面污染、薄膜内的缺陷、薄膜下的基板表面和亚表面缺陷、基板材料体内缺陷等，都是潜在的降低元件激光损伤阈值的因素。因此根据具体的情况，有时需要对表面、亚表面、以及整个元件的通光体积都进行激光预处理。

由于以上原因，激光预处理工艺通常既费时又昂贵，特别是对超大型强激光系统中所需要的光学元件，由于其光学口径相对很大，激光预处理技术相对更为缓慢和昂贵,变得几乎不切实际。

目前可见的文献报道和专利中所采用的预处理方法通常都是把处理激光束聚焦到样品表面，对样品表面进行逐点扫描。以一个口径0.5米X 0.5米的光学元件为例，如果预处理光斑面积为是1毫米X 1毫米，激光器的重复频率为10 Hz, 则对其单表面全覆盖辐照一次就需费时约7个小时。如果工艺要求在5个不同能量水平进行处理，则对其单表面处理完毕将费时35个小时。如果把元件两个表面都处理完毕，直接扫描时间将费时70小时。这通常还只是仅针对表面的预处理过程。如果要进行材料体内处理，耗时将会更长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种透明光学元件的快速激光预处理方法及装置，解决利用激光预处理技术提高大口径光学元件激光损伤阈值过程中因为耗时过长而不能满足实际使用要求的问题，本发明对激光能量进行回收重复利用，并且同时对光学元件前表面、后表面及体内特性进行多次辐照的并行处理，从而能够大幅提高激光预处理的速度。

本发明的技术方案为：

一种透明光学元件的快速激光预处理方法，包括以下步骤：

（1）、首先相对透明光学元件的表面设置一组前反射装置，相对透明光学元件的背面设置一组后反射装置；

（2）、将预处理激光光束入射到透明光学元件表面的处理点1进行辐照预处理，预处理激光光束穿透待处理样品后从待处理样品背面的处理点1’出射，出射后的激光光束经后反射装置反射后再次照射到被处理样品背面上的处理点2’,并穿透待处理样品后从待处理样品表面的处理点2出射，出射后的激光光束再经前反射装置反射后再次照射到被处理样品表面上的处理点3；如此类推，预处理激光光束经前反射装置和后反射装置的相互反射作用，多次经过光学元件，对透明光学元件表面的N个处理点、背面的N个处理点和透明光学元件内部相应的两个处理点之间预处理光束经过的区域均进行了辐照预处理，其中，N≥1。

一种透明光学元件的快速激光预处理装置，包括有相对透明光学元件表面设置的激光光源，相对透明光学元件表面设置的一组前反射装置和相对透明光学元件背面设置的一组后反射装置。