[发明专利]一种介质膜的飞秒激光损伤无损测试方法及装置

权利要求书

1.一种介质膜的飞秒激光损伤无损测试装置，其特征在于，包括：第一分束片(1)、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、第一可调型阶梯滤波片(5)、第四反射镜(6)、第五反射镜(7)、电控平移台(8)、第六反射镜(9)、第七反射镜(10)、第二可调型阶梯滤波片(11)、第二分束片(12)、第八反射镜(13)，第一凸透镜(14)、光束稳定系统(15)、抛物面镜(16)、供样品放置的样品架(17)、第二凸透镜(18)、多通道锁相放大器(19)、挡光板(20)和计算机(21)；所述的第六反射镜(9)和第七反射镜(10)互成直角放置在所述的电控平移台(8)上；

入射激光经所述的第一分束片(1)分成透射光束和反射光束，所述的透射光束依次经所述的第一反射镜(2)、第二反射镜(3)和第三反射镜(4)反射后，入射到所述的第一可调型阶梯滤波片(5)，经该第一可调型阶梯滤波片(5)透射后，依次经所述的第四反射镜(6)和抛物面镜(16)，作为探测光被聚焦至样品，构成泵浦探测光路中探测光部分；所述的反射光束依次经所述的第五反射镜(7)、第六反射镜(9)、第七反射镜(10)反射后，入射到所述的第二可调型阶梯滤波片(11)，经该第二可调型阶梯滤波片(11)透射后，入射到所述的第二分束片(12)，经该第二分束片(12)分束为第二透射光束和第二反射光束，所述的第二透射光束经所述的抛物面镜(16)聚焦，作为泵浦光被聚焦至样品，构成泵浦探测中泵浦光部分；所述的第二反射光依次经所述的第六反射镜(13)和第一凸透镜(14)后，聚焦入射至光束稳定系统(15)；

所述的探测光被样品反射后，携带样品信息经第二凸透镜(18)聚焦至多通道锁相放大器(19)，并由多通道锁相放大器(19)转换为电信号传至计算机(21)，通过计算机(21)编程联动延时系统和稳定系统，对介质膜反射率变化进行实时探测；计算机(21)连接并控制着电控平移台(8)和光束稳定系统(15)。

2.利用权利要求1所述的介质膜的飞秒激光损伤无损测试装置进行飞秒激光损伤无损测试的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤①通过计算机(21)选定携带样品信息光束的探测波长范围，并通过多通道锁相放大器(19)等间隔选取多个波长，选取的波长数量与通道数量相同；

步骤②确定扫描次数及各次扫描时间间隔，利用多通道锁相放大器(19)对反射率变化进行扫描，每次扫描得到一个包含所有波长的数据，全部扫描完成后得到一个包含选定波长范围内样品反射率随泵浦光与探测光延时等间隔变化的数据包；

步骤③通过计算机(21)计算归一化的反射率变化，以波长、相对延时为自变量X、Y，以归一化的反射率变化为因变量Z，做出相应的三维图像，以不同颜色表示反射率变化为因变量Z的大小，即介质膜在宽频带脉冲内，归一化反射率随入射激光波长、探测光相对泵浦光延时变化图像；

步骤④选取图像中颜色变化突出的区域，并在该区域内选择典型的几个波长，分别固定波长，以探测光相对于泵浦光延时为横坐标、归一化反射率变化为纵坐标，得到该介质膜反射率在这几个波长的时间分辨特性曲线；

步骤⑤对时间分辨特性曲线进行指数函数拟合，对应的指数即为介质膜材料各能级寿命，比较各个波长对应的材料各能级寿命，得到介质材料缺陷态状态。

3.根据权利要求2所述的飞秒激光损伤无损测试方法，其特征在于：

还包括步骤⑥对三维图像的各波长对应曲线分别进行傅里叶变换，得到该介质的分子振动频谱。

4.根据权利要求2所述的飞秒激光损伤无损测试方法，其特征在于，通过手动或电动调节由第六反射镜(9)、第七反射镜(10)组成的电控平移台(8)微调光程，调节精度可达到0.1μm，确保泵浦光与探测光光程相同，误差不超过1cm，使得泵浦光和探测光聚焦至样品架(17)，使空间位置完全重合。

5.根据权利要求2所述的飞秒激光损伤无损测试方法，其特征在于，其特征在于，通过控制第一分束片(2)的分束比及第一可调型阶梯滤波片(5)和第二可调型阶梯滤波片(11)的光密度，使入射到样品表面泵浦光能量远大于探测光能量，但均低于介质膜损伤阈值。