[发明专利]一种无损评价光学元件损伤性能的方法

说明书

本发明公开了一种无损评价光学元件损伤性能的方法，连续激光器能发出连续激光，经第一能量调节器、第一透镜、反射镜、样品正面后，照射到样品背面，连续激光经样品反射的反射方向上设有残余激光收集器；脉冲激光器能发出脉冲激光，经第二能量调节器、缩束系统、劈板、第二透镜后，照射到样品背面。本发明通过对于待测光学元件相同的元件，进行多样品、多位置的测试，获得此类光学元件中，荧光缺陷数据与激光损伤阈值和损伤密度的关联关系，从而对待测样品进行测量时，通过测量其荧光缺陷数据，从而推算出损伤阈值和损伤密度。该方法可以通过无损检测光学元件的荧光缺陷获得光学元件的损伤性能水平，实现光学元件损伤性能的无损评价。

技术领域

本发明涉及一种光学元件的无损评价方法，尤其涉及一种无损评价光学元件损伤性能的方法。

背景技术

光学元件损伤问题一直以来都是大型高功率/高能量激光装置研制中的关键问题，决定了激光装置的最大输出能力，并限制激光输出的进一步提升。为了激光装置能够尽可能在最大输出通量下安全运行，光学元件上架使用前开展损伤性能评估极为重要。目前对光学元件损伤性能的评估都是通过直接对元件进行损伤测试来实现的。通过损伤测试能获得最直接、最准确的结果，但损伤测试本身是一个消耗的过程，经过测试的元件将失去部分甚至全部使用功能，而高品质的大口径紫外光学元件大都价值不菲，这种方法对于控制科研及运行成本显然非常不利。

研究表明，目前通量下导致光学元件损伤的原因是加工过程中引入的、位于元件亚表层的微纳米缺陷，如图1为光学元件亚表面缺陷分布结构示意图。当激光通过光学元件亚表面微裂纹时，一方面光场的衍射干涉作用导致光场的局部增强可达数十倍，另一方面微裂纹内杂质的强吸收性会吸收激光能量，两者的共同作用导致光学元件损伤性能远低于无缺陷的位置。因此采用特定方式无损测试并表征这类缺陷，来评估光学元件损伤性能是有效且非常有意义的。

目前常用的光学元件测试方法主要为面形、应力、表面粗糙度、疵病、透射率等，研究表明这些方法测试的结果与光学元件损伤性能没有直接的关系，而直接相关的亚表面微观缺陷位于表面以下，尺度极小，很难探测。基于光学元件损伤机理，即亚表面微裂纹内部嵌埋污染性杂质在激光辐照下易吸收高通量激光能量发生损伤，提出用低于损伤阈值的激光激发微裂纹内部嵌埋的污染性杂质，通过探测其发出的荧光获得相应的荧光缺陷，由此来无损表征光学元件损伤性能，从原理上看是可行的。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，获取获得荧光缺陷面积与光学元件损伤阈值、损伤密度的关系曲线图，并由此测量待测光学元件的荧光缺陷面积，从而无损获得其损伤阈值和损伤密度的一种无损评价光学元件损伤性能的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种无损评价光学元件损伤性能的方法，包括以下步骤；

（1）构建光路系统，所述光路系统包括连续激光器、脉冲激光器、样品台、显微成像系统，样品台能三维移动且内置光学元件的样品；

所述连续激光器能发出连续激光，经第一能量调节器、第一透镜、反射镜、样品正面后，照射到样品背面，连续激光经样品反射的反射方向上设有残余激光收集器；

所述脉冲激光器能发出脉冲激光，经第二能量调节器、缩束系统、劈板、第二透镜后，照射到样品背面，劈板出射光的反射光反向延长线上，设有能量卡计，显微成像系统正对样品被照射部位；

（2）选取多块同类型光学元件样品，将其中一块安装在样品台上，启动连续激光器在样品背面激发荧光，并调整其激发激光功率至荧光能被显微成像系统清晰探测到；

利用显微成像系统对荧光区域成像，荧光区域大于且完全覆盖成像区域，获得成像区域内的荧光缺陷分布图像，分析得出荧光缺陷数据，所述荧光缺陷数据为荧光缺陷面积占成像区域面积的百分比；

关闭连续激光器，启动脉冲激光器在样品背面形成辐照区域，所述辐照区域大于且完全覆盖成像区域；