[发明专利]一种在线监测激光损伤时刻的测试方法

说明书

本发明公开了一种在线监测激光损伤时刻的测试方法，涉及靶材固定系统、激光损伤时刻监测系统和损伤用激光器系统之间的协调工作。工作时，指示激光、瞄准激光、照明激光与损伤激光“四光共点”，之后损伤激光辐照靶材的同时给计时计算机触发信号，当靶材损伤时，靶材表面的损伤点将引起照明激光散射特性的变化，光电探测器通过光电变换，将变化的激光散射特性信息送至计时计算机中，计时计算机标识出靶材表面的激光损伤时刻。本发明检测方法适用于连续激光损伤时刻的判定，也适用于单脉冲激光1‑on‑1模式、高重频激光、脉冲串激光S‑on‑1激光模式等脉冲激光损伤时刻的判定，并可以实现纳秒级和皮秒级时间分辨的激光损伤时刻判定。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，更具体的说是涉及一种在线监测激光损伤时刻的测试方法。

背景技术

随着激光技术的发展，大能量脉冲激光、高功率连续激光、高重频准连续激光越来越成为加工行业的宠儿，其应用领域越来越宽。在激光领域，特别是高能激光领域，一个重要的因素是光学元件是否能够承受强激光辐射；在激光加工领域，材料的激光损伤阈值决定了加工激光参数的选择。因此，在激光应用中，如何在线、迅速、准确地判定脉冲激光的激光损伤阈值、连续激光和超连续激光的损伤时刻，一直是激光与物质相互作用领域的主要研究内容之一。

对于激光损伤的测试，国际上颁布了ISO-11254-1(激光和激光设备光学表面激光导致损伤阀值的测定第1部分：1-on-1试验)和ISO 11254-2(测定的光学表面的激光诱导损伤阈值第2部分：S-ON-1试验)，对激光损伤的判定进行了规范。标准中规定使用100-150倍的显微镜对激光辐照后的光学元件和光学薄膜进行观察，以判断是否发生损伤。1996年，我国行业研究者，综合了上述两个国际标准，颁布了国家标准GB/T16601-1996(光学表面激光损伤阈值测试方法第1部分：1对1测试)，该标准规定了对激光损伤的检测，是在激光辐照前后，各测试点均应用微分相衬显微镜检测其表面，其放大倍率不小于150倍。上述这些方法，存在很多弊端：

(1)只适合于小块、薄样品激光损伤的测试；

(2)属于事后测试，激光辐照后，将样品拿下来进行测试。同时需要对激光损伤区域进行事先标记；

(3)只适合于脉冲激光或者固定功率和辐照时间的连续激光和超连续激光，无法实现连续激光和超连续激光损伤时刻的判定；

(4)采用人工方式，会带来很多不确定性因素。首先频繁使样品往来于损伤测试靶台和显微镜载物台，样品表面会带来划伤，同时劳动强度大，浪费人力；其次，要在100-150倍的显微镜下观察，区域小，事先标记和损伤点寻找、对准难度大；人工主观评判激光损伤及其程度，主观性强，因人而异。

因此，基于上述测试方法存在的问题，国内的许多研究者，根据各自的需求，发展了很多测试方法。1996年，中科院上海光机所报道了基于诺曼斯基偏光干涉仪和CCD相机的判断光学材料破坏方法；1998年，又报道了基于He-Ne激光器、刀口仪、光电二极管和示波器的激光损伤判定方法。2004年，国防科技大学报道了基于高速PIN光电探测器和示波器，实时监测透射光脉冲和经过延时的散射光脉冲，通过透射光脉冲的畸变，作为透明材料损伤判断的依据。2010年，西北工业大学分析了影响前向散射法判断光学薄膜损伤的因素。2014年，西北工业大学提出了声学法判别薄膜损伤的研究方法。2016年，南京理工大学提出了基于光纤光谱仪探测激光诱导等离子体来判别脉冲激光对目标的损伤。2018年，长春理工大学报道了基于CCD成像的薄膜损伤判别方法。

上述这些方法，对于脉冲激光损伤、固定功率和时间条件下的连续和超连续激光的损伤，完全适合，但是无法适用于长脉冲激光、连续激光和超连续激光损伤时刻的判据。

因此，如何提供一种在线监测激光损伤阈值的测试方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容