[发明专利]一种预测光学元件表面激光损伤性能的方法和系统

说明书

本发明涉及一种预测光学元件表面激光损伤性能的方法和系统，通过选取标准光学元件；获取所述标准光学元件的吸收性缺陷分布特性，得到不同吸收水平的缺陷密度；获取损伤性能；损伤性能包括损伤阈值和损伤密度；采用Spearman相关性分析法，确定标准光学元件的不同吸收水平的缺陷密度中与损伤性能相关性最高的缺陷密度，得到各所述损伤性能对应的缺陷密度，并建立损伤性能与其对应的缺陷密度之间的关联曲线，作为标准曲线；获取待检测光学元件的缺陷密度，根据所述标准曲线，确定所述待检测光学元件的损伤性能。本发明提供的预测光学元件表面激光损伤性能的方法和系统，能够在不损坏光学元件的基础上，提高光学元件损伤性能的评估准确性。

技术领域

本发明涉及光学元件表面激光损伤评估技术领域，特别是涉及一种预测光学元件表面激光损伤性能的方法和系统。

背景技术

大型高功率激光装置中大量使用各种高性能光学元件，如熔石英、K9、UBK7、硅片以及KDP晶体等光学元件，随着激光装置输出能量的不断提升，光学元件的激光损伤问题日益凸显，已成为限制激光输出能量继续提升的重要瓶颈。

目前大多光学元件的实际激光损伤性能远低于其理论值，表明光学元件加工后所残留的表面缺陷是发生激光损伤的重要诱因。光学元件表面激光损伤的一般过程为：1)缺陷吸收激光能量，使激光能量向材料转移并局部达到等离子体状态；2)等离子体继续吸收激光能量形成局部高温高压；3)主体材料通过热扩散、爆炸冲击波等形式对局部能量沉积响应最终形成表面损伤。可见，缺陷对激光能量的吸收作为激光损伤的初始阶段是激光损伤发展过程中的一个关键步骤。因此研究光学元件表面吸收性缺陷分布规律与激光损伤性能的关联关系对深入理解损伤机理及建立准确可靠的光学元件激光损伤性能无损评估方法具有重要意义。

研究表明，当前激光通量下诱发光学元件激光损伤的缺陷主要有加工残留的化学污染及微纳米物理结构缺陷，物理结构缺陷内通常会嵌入污染物。激光辐照光学元件时缺陷部位的损伤性能远低于无缺陷区域，因此光学元件表面缺陷的表征及其大口径统计对评估光学元件损伤性能是有效并有重大意义的。

吸收是激光辐照下各种缺陷的共同特征参数，可用于激光光学元件表面缺陷的统计研究。高功率激光条件下使用的光学元件品质要求很高，表面残余吸收大多在ppm量级，如此低的吸收水平，传统的基于光栅光谱仪的透过率光谱无法获得可靠数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种预测光学元件表面激光损伤性能的方法和系统，能够在不损坏光学元件的基础上，提高光学元件损伤性能的评估准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种预测光学元件表面激光损伤性能的方法，包括：

选取标准光学元件；

获取所述标准光学元件的吸收性缺陷分布特性，得到不同吸收水平的缺陷密度；

获取损伤性能；所述损伤性能包括损伤阈值和损伤密度；

采用Spearman相关性分析法，确定所述标准光学元件的不同吸收水平的缺陷密度中与损伤性能相关性最高的缺陷密度，得到各所述损伤性能对应的缺陷密度，并建立损伤性能与其对应的缺陷密度之间的关联曲线，作为标准曲线；

获取待检测光学元件的缺陷密度，根据所述标准曲线，确定所述待检测光学元件的损伤性能。

可选的，所述标准光学元件的表面处理工艺与待测光学元件的表面处理工艺相同。

可选的，所述获取损伤性能包括：

采用不同等级的激光辐射所述标准光学元件，直至所述标准光学元件发生损伤；

测试所述标准光学元件的损伤阈值；

检测所述损伤区域中损伤点的分布情况，获得损伤密度；