[发明专利]一种激光损伤阈值和非线性吸收的共靶面测量装置和方法

说明书

一种激光损伤阈值和非线性吸收的共靶面测量装置和方法，装置包括：超快激光器、可调衰减片、快门、聚焦透镜、第一分光镜、第一光电探测器、待测样品、电控位移台、第二分光镜、第二光电探测器、扩束镜组、CCD相机、计算机和光束质量分析仪。沿所述的激光器的激光输出方向上依次是可调衰减片、快门、聚焦透镜、第一分光镜、待测样品、第二分光镜、扩束镜组、CCD相机；采用光束质量分析仪对激光焦点的有效面积进行测量。本发明还采用了同一聚焦光场和像传递法，确保了造成样品损伤的光源和激发样品非线性吸收的光源具有完全同等的靶面光斑分布，方便进一步分析激光损伤与样品非线性吸收的关系。

技术领域

本发明涉及光学元件激光损伤测试和非线性吸收测量领域，特别是基于像传递法，能够在靶面光斑分布相同的条件下，进行激光损伤阈值和z扫描光学非线性吸收的测量。

背景技术

光学元件在强激光辐照下发生的损伤，尤其是脉宽为飞秒到亚纳秒量级的高功率激光诱导发生的损伤，多是由材料对激光的非线性吸收引起的。聚焦激光的靶面光斑分布信息对于分析激光诱导损伤和非线性吸收的机理具有重要的指导意义，因此有必要使激光损伤阈值和非线性吸收测量时具有相同的靶面光斑分布条件，从而建立靶面光斑分布——激光诱导非线性吸收——激光诱导损伤在激光空间分布上的联系。要获得靶面光斑同等分布条件，需要将两套测量装置集成在一起，使得激光在聚焦在样品表面前有相同的光路和光束条件。

光学元件的损伤阈值测试通常在标准化的测试装置中进行(参见ISO:21254)。一般而言，为了尽可能地还原光学元件在强激光装置中的工作环境，损伤阈值测试装置中会选用焦距较长(≥1m)的透镜对激光进行聚焦。这样的长焦聚焦透镜的靶面焦点面积较大，一般在0.1mm²以上。而且远场光束经过聚焦，其靶面的光斑经常不是只有一个强区的平顶光或高斯光，而是会出现若干个强区。在线判定损伤发生与否可以简化测试步骤，采用放大倍数5-10倍的反射式照明CCD对激光聚焦位置成像，通过观察样品受激光辐照前后的形貌变化，即可在线判定损伤是否发生。

光学元件的非线性吸收测量通常在z扫描测量装置中进行(参见M.Sheik-Bahae,IEEEJ.Quantum Electronics26,760-769(1990))。材料的非线性效应需要要较高的光强的激发，且高精度位移平台的z向位移范围有限，z扫描装置中通常选用焦距较短(＜40cm)的透镜对激光进行聚焦。短焦聚焦透镜的靶面焦点面积很小(＜0.04mm²)，瑞利长度一般为毫米级。z扫描装置中聚焦激光通常垂直入射穿透样品。

如果不建立共用聚焦光路测量线性吸收和损伤阈值的集成化装置，很难做到保持两种测量装置中靶面光斑的分布完全一致。而集成的测量装置要兼顾两种测量的焦点需求，须采用短焦透镜聚焦光束，此时激光诱导产生的损伤点过小，不便于在线判定损伤是否发生。

发明内容

本发明的内容在于提供一种激光损伤阈值和非线性吸收的共靶面测量装置和方法。该发方法要能够方便地用一束激光光源与其聚焦光路实现对光学元件的损伤阈值和非线性吸收的测量；该激光焦点的功率(能量)密度可调，以满足激光损伤测试和z扫描测量的不同需求；利用三轴精密电控位移平台，控制样品的x-y平面移动和z轴移动；在进行损伤阈值测试时，引入了像传递法，可采用诱导损伤的激光作为照明光，利用扩束镜组对焦点辐照位置的透射光放大成像并采用CCD相机记录像。

本发明的技术解决方案如下：