[发明专利]光学元件激光损伤一体化超快诊断装置

说明书

一种光学元件激光损伤一体化超快诊断装置，包括纳秒激光光源、飞秒激光光源、反射镜、分光棱镜、偏振分光棱镜、连续可调衰减器、干涉滤波片、透镜、机械开关、波片、检偏器、BBO倍频晶体、光楔、CCD相机、多通道数字延迟与脉冲时序发生器、光电探测器、能量计、示波器、待测样物体、计算机及控制处理系统。本发明通过多通道数字延迟与脉冲时序发生器控制激光光源与CCD相机的时序，可观察和拍摄不同延迟时间下透明光学元件激光诱导损伤的损伤形貌、体内及空气中传播的冲击波、应力分布、物质喷溅、裂纹形貌及分布、等离子形态及振幅与相位等信息。本发明可用于光学玻璃、晶体及塑料等透明光学元件激光诱导损伤现象的在线探测。

技术领域

本发明涉及激光损伤，特别是一种光学元件激光损伤一体化超快诊断装置。该装置可实现光学玻璃、晶体及塑料等透明光学元件激光诱导损伤的损伤形貌、体内及空气中传播的冲击波、应力分布、物质喷溅、裂纹形貌及分布、等离子形态及振幅与相位等信息的在线探测。

背景技术

强激光与固体物质的相互作用包含了一系列的现象，如强激光诱导材料的损伤、熔化和烧蚀等，以及在激光辐照过程中相应伴随现象，如材料物质的喷溅、体内或表面应力的形成、裂纹的演化、等离子体的形成与湮灭、冲击波在体内和空气的传播及振幅和相位变化等。研究强激光与物质的相互作用及其相应现象的演化过程是认识物质特性的重要参考和依据，具有重要的应用和学术价值。然而，目前诸如条纹相机这样的超快诊断设备的时间分辨率还不足以完全满足和获取更短时间内物质超快演化行为的图像。采用基于泵浦-探针原理的时间分辨技术可解决这一问题而成为目前探测超快过程的另一重要手段。

目前，基于泵浦-探针原理的时间分辨技术已有一些报道。如A.Salleo等人在2001年时应用基于泵浦-探针原理的时间分辨超快诊断方法首次研究了激光辐照熔石英前后表面时冲击波行为[A.Salleo,F.Y.Genin,M.D.Feit,等,Applied Physics Letters,78,2840(2001)]。X.Z.Zeng等人研究了光学元件初始损伤时损伤点内的烧蚀诱导的冲击波传播[X.Z.Zeng,X.L.Mao,S.S.Mao,等,Applied Physics Letters,88,061502(2006)]。S.G.Demos等也在此原理上结合偏振分光片的时间分辨超快诊断系统研究了波长为355nm激光诱导熔石英体损伤过程中裂纹及应力波传播的动力学过程[S.G.Demos,R.N.Raman,R.A.Negres，等,Optics express,21,4875，(2013)]。但上述研究方法都是采用纳秒或皮秒激光作为探测光。H.F.Hu等[H.F.Hu,X.L.Wang,H.C.Zhai，等，J.Phys.D:Appl.Phys.44,135202(2011)]在基于泵浦-探针原理的基础上，结合全息技术研究了应力波的传播特点；周常河等人发明了一种观察测量飞秒激光诱导物质的动态变化过程的飞秒数字全息动态观察测量装置[周常河，朱林伟，武腾飞，飞秒数字全息动态观察测量装置，专利授权号：CN101806733 B]。然而，这些报道都是针对一个或两个信息进行探测，目前都无法同时获得激光辐照材料时的多维(如损伤形貌、体内及空气中传播的冲击波、应力分布、物质喷溅、裂纹形貌及分布、振幅及相位变化等)信息，无法深入分析强激光诱导光学材料损伤时这些现象之间的关联，导致目前对元件损伤机理的认识不清晰，无法找到合理和优化的抑制措施的原因之一，以致元件在较低激光能量辐照下会产生损伤事件，此现象是目前工程实际应用中的一个“瓶颈”问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术上的缺陷及不足，提出一种光学元件激光损伤一体化超快诊断装置，该装置可实时观察和记录不同延迟时间点情况下同一时刻元件损伤的四幅结果图，观察和分析光学元件激光损伤时的损伤形貌、体内及空气中传播的冲击波、应力分布、物质喷溅、裂纹形貌及分布、等离子体形态及振幅与相位信息等信息及其演化规律。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：