一种光学元件激光预处理系统的制作方法

本实用新型涉及光学材料激光预处理领域，具体而言，涉及一种光学元件激光预处理系统。

背景技术：

为了提高光学元件的激光损伤性能，通常在元件上架之前，用低于损伤阈值的激光能量对元件通光区域进行激光预处理，即用激光光束对光学元件进行辐照。通过激光预处理，元件损伤阈值最高可提升1到2倍，如此大幅度的损伤性能提升对于光学元件的应用来说具有重要意义，目前，激光预处理已成为高功率激光系统光学元件上架前的必要步骤。

预处理过程中，激光脉冲的辐照通量需要从低到高逐渐增加，以避免元件可能出现的激光损伤。影响激光预处理效果的关键参数有：初始辐照通量、辐照通量增加幅度、每个通量下对元件的辐照发次、最高辐照通量。大量研究表明，辐照通量增幅(能量台阶)越小、元件被辐照发次(遍数)越多、最大辐照通量越高(不发生损伤的前提下)，预处理效果就越好。所以，为了获得好的预处理效果，需要用尽可能小的能量台阶对元件进行多发次的辐照。而激光系统中的元件口径可达几百毫米，要处理完一块元件，需要辐照的发次是相当可观的。如此多的辐照发次不仅耗时耗力，对于激光器的消耗也会使运行成本增加。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光学元件激光预处理系统，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种光学元件激光预处理系统，包括激光光源、第一反射装置及第二反射装置，所述第一反射装置的反射面与所述第二反射装置的反射面相互平行。待处理样品设置在所述第一反射装置的反射面与所述第二反射装置的反射面之间，所述第一反射装置与所述第二反射装置组成反射腔。所述激光光源发出的激光光束进入所述反射腔，经所述反射腔多次反射后对所述待处理样品的多个预设处理点进行辐照，用以对所述待处理样品进行激光预处理。

结合第一方面，本实用新型还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述第一反射装置的第一端高度高于所述第二反射装置的第一端高度。

结合第一方面的第一种可能实施方式，本实用新型还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述第一反射装置与所述第二反射装置相对于所述待处理样品对称设置。

结合第一方面的第二种可能实施方式，本实用新型还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，相邻两个所述预设处理点上的激光光斑之间的距离与所述激光光源发出的激光光束的入射角及所述反射腔的长度成预设关系。

结合第一方面的第三种可能实施方式，本实用新型还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，相邻两个所述预设处理点上的激光光斑之间的距离为所述激光光斑直径的预设倍数。

结合第一方面的第四种可能实施方式，本实用新型还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述预设倍数为

结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式或第一方面的第二种可能实施方式或第一方面的第三种可能实施方式或第一方面的第四种可能实施方式或第一方面的第五种可能实施方式，本实用新型还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述光学元件激光预处理系统还包括用于调节所述待处理样品位置的平移台，所述待处理样品设置在所述平移台上。

结合第一方面的第六种可能实施方式，本实用新型还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，所述光学元件激光预处理系统还包括导轨，所述第一反射装置、所述第二反射装置和所述平移台均设置在所述导轨上，所述第一反射装置、所述第二反射装置和所述平移台能够沿所述导轨滑动。

结合第一方面，本实用新型还提供了第一方面的第八种可能实施方式，其中，所述待处理样品的正面一侧或背面一侧设置有激光光束吸收装置。

结合第一方面，本实用新型还提供了第一方面的第九种可能实施方式，其中，所述第一反射装置和所述第二反射装置均为激光高反镜。

本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统中利用反射腔对入射的激光光束进行多次反射，从而并行地对所述待处理样品的多个预设处理点进行辐照，有效地提高了光学元件的激光预处理效率，从而降低了光学元件激光预处理的成本。其中，每一个预设处理点为激光光束透过待处理样品时所经过的区域。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种光学元件激光预处理系统的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的预处理激光光斑在待处理样品正面的排布示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的待处理样品正面的方向示意图。

其中，附图标记分别为：

激光光源101；第一反射装置102；第二反射装置103；待处理样品104；待处理样品正面1041；待处理样品背面1042。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“正面”、“背面”、“顶端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“平行”并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

预处理过程中，激光脉冲的辐照通量需要从低到高逐渐增加，以避免元件可能出现的激光损伤。且为了获得好的预处理效果，优选用尽可能小的能量台阶对元件进行多发次的辐照。而激光系统中的元件口径可达几百毫米，要处理完一块元件，需要辐照的发次是相当可观的。如此多的辐照发次不仅耗时耗力，对于激光器的消耗也会使预处理过程的运行成本增加。鉴于此，本实用新型实施例提供了一种光学元件激光预处理系统，有效地提高了光学元件激光预处理的效率。

如图1所示，本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统包括激光光源101、第一反射装置102及第二反射装置103。其中，激光光源101用于发出预处理激光光束。第一反射装置102的反射面与第二反射装置103的反射面相互平行。待处理样品104设置在第一反射装置102的反射面与第二反射装置103的反射面之间，所述待处理样品104为光学元件。第一反射装置102与第二反射装置103构成一个反射腔。所述反射腔用于对进入所述反射腔的激光光束进行多次反射使得所述激光光束对待处理样品104的多个预设处理点进行辐照，以对待处理样品104进行预处理。需要说明的是，每一个预设处理点为激光光束透过待处理样品104时所经过的区域。

本实用新型实施例中，激光光源101优选为脉冲激光光源。第一反射装置102和第二反射装置103均可以为全反射镜或反射棱镜。为了降低进入反射腔的激光光束经第一反射装置102和第二反射装置103反射后的衰减，第一反射装置102和第二反射装置103均优选为激光高反镜。

此外，为了便于激光光源101发出的激光光束入射到待处理样品104上，减小入射到待处理样品104的激光光束的入射角，第一反射装置102的第一端高度高于第二反射装置103的第一端高度。其中，第一反射装置102的第一端即为图1所示的第一反射装置102的顶端，第二反射装置103的第一端即为图1所示的第二反射装置103的顶端。减小入射到待处理样品104的激光光束的入射角，有利于减小相邻两个预设处理点上的激光光斑之间的距离，例如，可以减小入射到待处理样品正面1041的处理点1的激光光斑以及入射到待处理样品正面1041的处理点2的激光光斑之间的距离。

进一步地，辐照到相邻两个预设处理点上的激光光斑之间的距离与激光光源101发出的激光光束的入射角及反射腔的长度成预设关系。需要说明的是，辐照到相邻两个预设处理点上的激光光斑之间的距离具体为相邻两个激光光斑的中心点之间的距离。本实用新型实施例中，为了使得激光光束可以均匀地对每一个预设处理点进行辐照，第一反射装置102与第二反射装置103相对于待处理样品104对称设置。此时，预设关系为tanθ＝d/s，其中，θ为入射到待处理样品104的激光光束的入射角，d为相邻两个所述预设处理点上的激光光斑之间的距离，s为第一反射装置102与第二反射装置103之间的距离。因此，已知激光光源101发出的激光光束的光斑直径时，可以调节激光光源101发出的激光光束的入射角以及第一反射装置102和第二反射装置103之间的距离，以使得辐照到相邻两个预设处理点上的激光光斑之间的距离满足用户的需求。

激光预处理过程中，为了使得待处理样品104的整个正面、整个背面及样品内部均能受到激光光束的辐照，保证光学元件的激光预处理效果，需要使得入射到待处理样品104的相邻预设处理点的激光光斑相互之间存在重叠。本实施例中，优选使得入射到待处理样品104的激光光斑以近似正六边形的方式排布，如图2所示，其中，正方形区域表示待处理样品104，圆形区域表示预处理激光光斑。这种排布方式有利于在保证待处理样品104的激光预处理效果的前提下，尽量减少将待处理样品104辐照一遍所需要的激光脉冲数量，降低光学元件激光预处理的成本。因此，本实施例中，辐照到相邻两个预设处理点上的激光光斑之间的距离优选为所述激光光斑直径的倍。

进一步地，本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统还包括用于调节待处理样品104位置的平移台，所述待处理样品104设置在所述平移台上，以便于激光光源101发出的激光光束对待处理样品104进行二维扫描。优选的，所述平移台的可调节步长小于或等于入射到待处理样品104的激光光斑直径的倍。平移台可以为手动调节平移台，也可以电动平移台。本实用新型实施例中，优选采用二维电动平移台。

需要说明的是，平移台的移动速度要与激光光源101的重复频率相匹配。假设第一反射装置102与第二反射装置103之间的距离s为0.5米，激光光斑直径d为5毫米，待处理样品104为方形光学元件，且方形光学元件的边长为100毫米，则激光光源101发出的一个激光脉冲经反射腔多次反射后对该方形光学元件的多个预设处理点进行辐照需时约40ns(纳秒)。目前快速激光预处理所用激光器重复频率可以在10Hz量级，即相邻脉冲间隔时间约100ms(毫秒)。二维电动平移台的电机的响应时间亦高于激光脉冲传输到反射腔内所需的时间。因此，利用本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统对待处理样品104进行激光预处理时，无需考虑激光脉冲在反射腔中来回折返的时间。

另外，为了便于调节第一反射装置102和第二反射装置103之间的距离，本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统还包括导轨。第一反射装置102、所述第二反射装置103和所述平移台均设置在所述导轨上，所述第一反射装置102、所述第二反射装置103和所述平移台能够沿所述导轨滑动。

进一步地，本实施例中，为了避免由反射腔出射的激光光束造成安全隐患，本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统还包括激光光束吸收装置。所述激光光束吸收装置设置于所述反射腔外，待处理样品104的正面一侧或背面一侧，对待处理样品104的多个预设处理点进行辐照后由反射腔出射的激光光束被所述激光光束吸收装置吸收。

本实施例中，所述反射腔对进入所述反射腔的激光光束进行多次反射使得所述激光光束对待处理样品的多个预设处理点进行辐照可以采用如下的具体实施方式：

如图1所示，激光光源101发出的激光光束进入反射腔后，首先入射到待处理样品正面1041的处理点1，由待处理样品背面1042的处理点1′出射。出射后的激光光束经第一反射装置102反射后入射到待处理样品背面1042的处理点2′，由待处理样品正面1041的处理点2出射。出射后的激光光束经第二反射装置103反射后入射到待处理样品正面1041的处理点3，由待处理样品背面1042的处理点3′出射。依次类推，进入的激光光束经所述反射腔多次反射从而对待处理样品104的多个处理点进行多次辐照，直至经第二反射装置103反射后入射到待处理样品正面1041的处理点N，透过待处理样品104且经过处理点N′后由反射腔出射，即激光光束对待处理样品正面1041的处理点1至N、待处理样品背面1042的处理点1′至N′及待处理样品104内部光束经过的区域都进行了辐照处理。

其中，待处理样品正面1041的处理点1至N分布在如图3所示的y方向上。进一步地，调节待处理样品104的位置，使得激光光源101发出的激光光束对待处理样品104进行二维扫描，就可以实现整个待处理样品104的激光预处理。

例如，待处理样品104激光预处理的预设通量包括由低到高、等间隔排列的十个能量值，对待处理样品104的每一个预设处理点用每一个能量值辐照五次。如图2所示，假设待处理样品104为方形光学元件，包括23(行)×23(列)个预设处理点。若采用现有预处理方法依次对每一个预设处理点用每一个能量值分别辐照五次，则需要辐照26450个脉冲。

当使用本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统对该待处理样品104进行激光预处理时，具体可以包括以下两种实施方式：

该待处理样品为镀有增透膜的光学元件，镀增透膜的光学元件的透过率可以大于99％。此时，优选的，可以按预设通量和辐照次数依次对待处理样品104的第1行(x方向)的预设处理点进行辐照，相应的也就依次对每一列(y方向)中的预设处理点进行了辐照。再用预设通量中的最高能量值按预设间隔对其余的预设处理点进行辐照，每一个预设处理点辐照5次，即可以完成该待处理样品104的激光预处理。其中，预设间隔可以根据镀有增透膜的光学元件的实际透过率以及预设通量的能量台阶设定，可以是一行，也可以是多行。当预设间隔为一行时，完成该待处理样品104的激光预处理需要辐照2415个脉冲，当预设间隔为两行时，需要辐照1955个脉冲，辐照总发次分别为现有预处理方法的9.1％和7.4％。需要说明的是，考虑到激光器自身存在的能量抖动，这样隔行辐照的方法不会影响激光预处理的效果。

该待处理样品为未镀增透膜的光学元件，未镀膜元件相对于镀增透膜的光学元件的透过率较低。因此，对第一行的预设处理点辐照完成后，优选的，还需要用预设通量中的最高能量值对其余行的预设处理点进行辐照。具体的，按照预设通量和辐照次数依次对待处理样品104的第1行的预设处理点进行辐照，相应的也就依次对每一列中的预设处理点进行了辐照。再用预设通量中的最高能量值依次对第2行至第23行中的预设处理点进行辐照，每一个预设处理点辐照5次，即可以完成该待处理样品的激光预处理。该处理过程共需要辐照3680个脉冲，为现有预处理方法所需脉冲发次的14％。

由此可见，相对于所述现有预处理方法，本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统有效地提高了光学元件的激光预处理效率，极大地减少了的激光预处理过程所需的时间，降低了光学元件激光预处理的成本。

综上所述，本实用新型实施例提供的光学元件激光预处理系统可以并行地对待处理样品104的多个预设处理点进行辐照处理，即激光光源101发出的一个激光脉冲可以对待处理样品104的多个预设处理点进行辐照处理，有效地提高了光学元件的激光预处理效率，从而降低了光学元件激光预处理的成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。