[发明专利]光学元件强激光损伤特性的无损检测与评价方法

说明书

本发明公开了光学元件强激光损伤特性的无损检测与评价方法，旨在解决现有技术不能通过无损检测评价光学元件激光损伤特性的难题。本发明包括：通过实验获得光学元件的无损检测数据以及强激光作用下发生损伤的激光参数；将无损检测数据与损伤测试结果作为特征量，使用深度学习方法，根据无损检测数据、激光参数及损伤测试结果，获得光学元件激光损伤特性的检测评价模型；将待检测的光学元件进行无损检测，将获得的无损检测数据和激光参数作为检测评价模型的输入量，从而获得该光学元件的激光损伤特性检测结果，实现强激光损伤特性的无损检测与评价。

技术领域

本发明涉及光学元件损伤特性检测领域，具体涉及光学元件强激光损伤特性的无损检测与评价方法。

背景技术

光学元件在激光尤其是高功率/高能激光作用下会发生激光诱导损伤，现有的直接评价方法为有损测试方法，代表技术有在先技术1,ISO 21254(part1～part4)，Lasersand laser-related equipment–Test methods for laser-induced damage threshold及在先技术2，OPTICS EXPRESS Vol.22,No.23(2014)，Damage modeling and statisticalanalysis of optics damage pertableance in MJ-class laser systems。由于激光器输出能力受限于光学元件的损伤，因此先验技术1采用聚焦的方法提高光学元件表面辐照通量，在测试用激光器不发生损伤的情况下，获得使光学元件发生损伤的激光通量。光学元件表面或体损伤阈值一般远远高于测试用激光器输出通量，采用聚焦方式提高激光通量条件下，通常测试光斑远小于光学元件通光面积，因此需要以概率的形式评价整块光学元件损伤性能，以损伤概率为零的激光通量计算值作为该光学元件的激光损伤阈值。有损测试的优点是可以直接获得光学元件的损伤通量或损伤阈值，但测试周期长、测试代价高(尤其是大口径光学元件)、测试无法重复是其无法回避的问题。

在无损检测方面，在先技术4，UCRL-PROC-207944(2004)，Correlation of Laser-Induced Damage to Phase Objects in Bulk Fused Silica采用相关性分析的方法对相位缺陷进行了分析。在先技术5，OPTICS EXPRESS Vol.25,No.5(2017)Spatiallyselective excitation in laser-induced breakdown spectroscopy combined withlaser-induced fluorescence对杂质引起的荧光与损伤之间的关系进行了分析，在先技术JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Vol.50 No.7光学元件亚损伤深度的无损荧光检测方法，也开展了相关研究。但，这些在先技术评价的仅是单一无损检测参数且不包含激光参数无损检测参数引起的损伤与该无损检测参数之间的关系，这些相关性分析仅限于该特定参数与损伤发生之间的可能性，未能解决光学元件损伤过程中的多参数耦合评价问题。由于光学元件在强激光作用下的损伤是一个多无损检测参数作用、确定但又随机的过程，确定性表现在有损测试过程中，损伤结果是确定的，随机表现在什么时候、什么位置发生损伤，损伤的发生既与光学元件自身缺陷有关，也与激光参数有关。因此，光学元件损伤多参数耦合评价问题是一个非线性、多维度、多无损检测参数问题，无法应用纯数学理论进行显式评价。

为解决光学元件有损测试周期长、测试代价高、无法重复评价光学元件损伤的问题，解决单一光学元件无损检测结果无法全面表征光学元件损伤问题，解决光学元件损伤与激光参数、光学元件无损检测结果的关联性问题，本发明专利提出了光学元件强激光损伤特性的无损检测与评价方法，利用该方法建立光学元件无损检测数据、激光参数检测数据与光学元件损伤特性的关联关系，在不进行损伤测试的条件下以较高精度获得光学元件在特定激光参数下的损伤特性，可在光学元件使用前通过调整光学元件的使用方式，降低激光系统中光学元件尤其是大口径光学元件的使用风险，提高激光系统的可靠性。

发明内容