[发明专利]一种测量激光损伤三维结构的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测量激光损伤三维结构的装置及方法，属于相移数字全息领域。本发明根据相移算法引入相应的相移量，并用CCD成像设备记录相应的全息图。本发明相较于其他方法结构简单，易于操作，既降低了该激光损伤检测的成本，也实现了对三维损伤的快速、无损测量，给损伤修复带来了便利。

技术领域

本发明涉及一种测量激光损伤三维结构的装置及方法，属于相移数字全息领域。

背景技术

随着激光技术的不断发展，激光功率变得越来越高，美国的点火装置、法国的激光兆焦、中国的神光III等大功率激光装置就是最典型的代表。在这些实际应用中，透射光的能量强度常常会达到光学元件的最大光损伤阈值，且每个光学元件或都可能由于制造过程中的工艺、玻璃材质中的杂质、使用的环境或者激发的条件而产生缺陷，这些缺陷在强激光的照射容易出现小尺度聚焦而造成元件表面和膜层的损伤，元件表面的细微损伤一旦出现，将会在后续的使用过程中形成恶性循环而很快导致整个元件报废。激光淬火是一种有效修复细微损伤的方法，但是在修复前还需要知道发生损伤的具体区域及形貌，否则无法对已损伤元件实施高效的修复而且还有可能造成二次损伤。

为了解决这一难题，许多实验室开发出光学损伤的表征技术，检测光学元件在被激光照射后所产生激光损伤的区域。破坏性测量技术如抛光锥度(锥度法)、球体(球窝法)、酸蚀等，又或者全内反射显微镜(ITIRM)、白光干涉法、X射线散射法等无损检测技术。但是，这些方法都存在或多或少的缺点，如需要破坏性的采样分析或者钻孔分析，无法做到无损检测；又或者检测设备复杂昂贵操作不便、检测不具时效性费时费力、空间分辨率低，无法检测损伤的深度信息等。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出一种基于相移数字全息技术测量激光损伤三维结构的装置及方法，能够实现对激光损伤区域亚表面三维分布的精确测量，对于研究光学元件激光损伤的修补、加工以及改进工艺具有重要意义。

本发明的第一个目的是提供一种测量激光三维损伤测量的装置，包括超辐射发光二极管光源，聚焦、准直透镜，衰减片，起偏器，分光棱镜，四分之一波片，反射镜，成像透镜，检偏器，成像设备；所述超辐射发光二极管光源沿光束方向放置聚焦、准直透镜，之后依次设置一个衰减片、起偏器和分光棱镜；沿经分光棱镜分离的反射光束方向依次设置四分之一波片、反射镜；反射镜的反射光束的方向依次放置检偏器、成像透镜和成像设备；所述装置还包括压电陶瓷和电控平移台，所述电控平移台与计算机连接。

在本发明的一种实施方式中，起偏器与检偏器的方向调到垂直。

在本发明的一种实施方式中，所述成像透镜到成像设备靶面的距离为11.25～48，例如可选28.5厘米。

在本发明的一种实施方式中，成像透镜的焦距为8厘米。

在本发明的一种实施方式中，成像设备的最小像素单元为7.4微米，其分辨率为2048×2048。

本发明的第二个目的是提供一种应用所述装置进行激光三维损伤的检测方法。

在本发明的一种实施方式中，所述方法为了获得一个2.1倍放大的清晰像，需将待测量的样品放置在与成像透镜距离13.5厘米的位置，控制电控平移台和压电陶瓷，逐步调整样品距离分光棱镜的距离，每推进一步，记录成像设备采集的信息，按照四步移相法计算在成像设备的靶面处的待测样品的相位分布。

在本发明的一种实施方式中，所述方法中采集信息的步骤具体是：

(1)保留物光束和参考光束，调整压电陶瓷分别记录四幅相移图，强度标记为I₁、I₂、I₃、I₄；

(2)只保留物光束记录一幅待测样品的衍射光斑，强度标记为

(3)只保留参考光束记录一幅参考光光斑，强度标记为