[发明专利]基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法

说明书

本发明公开了一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置。解决了等离子体闪光法对薄膜损伤识别的误判问题，技术方案是：用至少三个探测器分别获取空气和薄膜等离子体闪光信号及入射激光信号，以后者为基准，得到空气和薄膜等离子体闪光点燃时间，准确分辨出空气和薄膜等离子体闪光，消除误判。实现步骤是分别采集基准和闪光信号；获取基准和闪光信号起始时刻；以基准和闪光信号起始时刻之差作为闪光点燃时间；建模计算闪光点燃时间；比较并得出损伤识别判据。本发明建立的点燃时间计算模型，可针对任意单层薄膜；装置结构简单，测量精度达0.1ns，能准确进行薄膜损伤识别，可靠性好。本发明应用于强激光作用下的光学薄膜损伤判别。

技术领域

本发明属于光学测试技术领域，主要涉及薄膜的损伤探测，具体是一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法，用于高能激光作用下的薄膜损伤识别。

背景技术

薄膜的光学现象早在17世纪就为人们所注意，20世纪30年代以后，因为真空技术的发展给各种光学薄膜的制备提供了先决条件，时至今日，光学薄膜已得到很大发展，光学薄膜的生产已逐步走向系列化、程序化和专业化，但是，在光学薄膜的研究中还有不少问题有待进一步解决，光学薄膜现有的水平在不少工作中还不能满足要求，需要提高。在理论上，不但薄膜的生长机理需要搞清，而且薄膜的光学理论，特别是应用于极短波段的光学理论也有待进一步完善和改进。在工艺上，人们还缺乏有效的手段实现对薄膜淀积参量的精确控制，这样，薄膜的生长就具有一定程度的随机性，薄膜的光学常数、薄膜的厚度以及薄膜的性能也就具有一定程度的不稳定性和盲目性，这一切都限制了光学薄膜质量的提高。就光学薄膜本身来说，除了光学性能需要提高，吸收、散射等光损耗需要减少之外，它的机械强度、化学稳定性和物理性质都需要进一步改进。在激光系统中，光学薄膜的抗激光强度较低，这是光学薄膜研究中最重要的问题之一。

光学薄膜的抗激光作用能力的强弱常用光学薄膜激光损伤阈值(LIDT)大小来评价，光学薄膜的LIDT越大，其抗激光作用能力越强，而薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测量与薄膜是否损伤的判定，二者是密不可分的，要准确测量薄膜激光损伤阈值(LIDT)，就必须准确地判断薄膜是否发生了损伤。因此，研究光学薄膜的抗激光作用能力，就必须研究激光薄膜损伤识别。目前判别薄膜损伤的方法各有优缺点：相衬显微镜法判定损伤具有直观准确的优点，但价格昂贵，比较费时，不能给出量值化的损伤结果；He-Ne光强散射法对薄膜中的杂质、缺陷以及工作环境很敏感，实验误差相对较大。光热偏转法较相衬显微镜观测法更加灵敏，但对测试环境的要求较高，且实验的搭建较复杂；声光法具有较高的测试灵敏度，但是噪声对其结果影响较大，容易产生误判现象。上述几种方法在激光薄膜损伤识别中受到了光学工作者的广泛关注，并且目前还正在进行着不断研究。它们分别用不同的原理来探测薄膜的激光损伤程度，各有优点，但也都存有不足。所以，激光诱导薄膜损伤识别研究是一项需要长期坚持的基础工作，只有损伤识别可靠，测量得到的LIDT的准确度才能提高。

传统等离子体闪光法判别薄膜损伤的原理示意图如图1所示。强激光依次经过衰减器、聚焦系统、分束器后聚焦于被测样品台处的薄膜附近，若激光能量超过薄膜被击穿所需的能量阈值，就会产生等离子体闪光，若有闪光发生，由探测元件采集闪光并将闪光信号转换为电信号传送给计算机，由此判断薄膜已经损伤。实际上，激光在传输过程中，当入射激光能量密度超过空气击穿阈值时，也会产生空气等离子体闪光，这种空气等离子体闪光将会对薄膜等离子体闪光造成干扰，导致探测元件无法分辨探测的信号是空气还是薄膜的等离子体闪光信号而发生薄膜损伤误判现象。这种误判现象最直接的影响结果就是导致薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测量不准确，进而，不准确的LIDT值影响光学薄膜抗激光作用能力的评价。要准确进行薄膜损伤识别，得到准确的薄膜激光损伤阈值(LIDT)值，对光学薄膜抗激光作用能力进行正确评价，就必须消除这种误判现象。