专利名称：激光损伤阈值自动测试装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种激光光路中所使用的镜片(含镀膜层)的激光损伤阈值的测试技术，特别是涉及ー种激光损伤阈值自动测试装置及测试方法。
背景技术：
在大功率高能量激光系统中，存在大量的薄膜元件，这些元件的抗激光损伤能力与系统能否正常有效运行密切相关。已有研究表明，薄膜元件在强激光下的破坏完全由元件表面的抗激光能力所決定。因此，随着高功率激光器应用范围的不断扩大，薄膜抗激光损伤性能的重要性日益突出，以致激光损伤阀值成为光学薄膜元件不可缺少的ー项性能指标。薄膜必须具有高的激光损伤阀值已经成为光学元件抗激光性能的瓶颈，解决这ー问题的关键在于准确测出薄膜的激光损伤阀值，因而对光学薄膜激光阀值的测试成为急需解决的技术问题。在国际标准IS0112M中，光学薄膜激光阀值的测试方法是归纳在光学表面激光损伤阀值的测试方法中，而光学表面又可分为镀膜面和未镀膜面(裸表面)两种情況。 针对激光束与光学薄膜辐照次数的不同，国际标准分成两个部分IS0 11254-1和ISO 11254-2。前者称为“1对1”测试，也叫“单次辐照测试”，主要用于单次激光器；后者称为“S 对1测试”，也叫“多次辐照测试”，是为重复频率激光器考虑的。我国的光学薄膜激光损伤阀值的测试方法大致分为3种类型(1)各単位自定的“企标”ゾ2)国军标；C3)国家标准。然而，由于激光的波长、能量、脉宽等具有多祥性，因此，到目前为止市场上还没有多用途通用型商用激光阀值的测试装置。大家都是结合自己企业或实验室的实际需求，临时搭建测试平台，參照已有的标准测试进行测试，致使测试的指标參差不齐，测试时调试复杂，最终得到的测试数据不确定性大。鉴于以上弊端，实有必要提供ー种激光损伤阈值自动测试装置及测试方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有的缺陷和不足，为社会提供一种将激光器与后续测试系统模块化的激光损伤阈值自动测试装置及测试方法，其不仅可满足不同类型的损伤阈值的测试，并且其测试效率高、测试结果可靠。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为ー种激光损伤阈值自动测试装置，其包括依光路方向依序设置的分光衰减系统、聚焦系统、能量采集系统及光束采集系统，所述分光衰减系统及所述能量采集系统位于外部激光器发出激光束的第一主光轴上，所述聚焦系统、所述光束采集系统位于与第一主光轴垂直的第二主光轴上，其中，所述分光衰减系统包括高反射镜、高透射镜及联动机构，所述高反射镜、高透射镜在所述联动机构的作用下互換位置。所述激光损伤阈值自动测试装置还包括用于将外部激光器发出的激光束导入分光衰减系统中的光束导入系统，所述光束导入系统包括两个相对且互相平行设置的反射镜及旋转机构，所述旋转机构用于调整两个反射镜的安装高度。所述高反射镜与第一主光轴倾斜设置，所述高透射镜与所述高反射镜设置在同一平面上。所述的分光衰减系统还包括八字补偿高透射镜，所述八字补偿高透射镜与所述的高反射镜或者高透射镜设置成八字状。所述光束导入系统中的两个反射镜都与水平面成45°角设置。所述聚焦系统包括至少ー个聚焦透镜及用于调节聚焦透镜在垂直方向高度的第 ー运动机构。所述光束采集系统包括第一图像采集単元、第二图像采集単元、第二运动机构和用于夹持外部待测片的夹持エ装，所述第一图像采集単元用于采集由所述分光衰减系统射来的初始光束，所述第二图像采集単元用于观测外部待测片上的激光光斑。所述夹持エ装设置外部待侧片与第一主光轴所在平面成5度角傾斜。所述第一图像采集単元和所述第二图像采集単元都为(XD。所述第二图像采集単元的放大倍率大于或者等于50倍。所述激光损伤阈值自动测试装置还包括一个用于控制所述联动机构的处理系统。本发明还提供ー种利用上述装置的测试方法，其包括以下步骤a)測量外部激光器输出的激光束単位面积上的损伤能量；b)将待测片通过ー个夹持エ装及第ニ运动机构移入光路中，并利用所述激光光束在待测片上打击多个测试点，并用光束采集系统观察待测片表面的损伤情况； c)调整外部激光器输出的激光束的能量，并重复前述步骤a至步骤b，直至测得损伤阈值为止。所述步骤a包括al)将分光衰减系统的高透射镜植入光路中；a2)启动外部激光器输出激光束，在激光束的传播方向上安装光束导入系统，通过光束导入系统将其导入至分光衰减系统中；a3)通过能量采集系统采集输入的激光光束的能量，同时通过聚焦系统打在光束采集系统上，获得不同大小的激光光斑，通过处理系统计算得出単位面积上的损伤能量。所述步骤b包括bl)初始工作吋，所述第一图像采集単元51采集由所述分光衰减系统20射来的初始光束；b2)外部待测片在所述夹持エ装及所述第二运动机构的作用下移入光路，接收所述分光系统20射来的激光光束，同吋，所述第一图像采集単元51移出光路；b3)外部待测片接收所述分光系统20射来的激光光束后在移动到所述第二图像采集单元52的下方，所述第二图像采集単元52观测外部待测片上的激光光斑。本发明采用如上技术方案后，其优点表现在1.使用方便，所述分光衰减系统的高反射镜、高透射镜在联动机构的作用下互換， 在互換过程中确保前述的高反射镜、高透射镜的前镜面位于同一个平面上。当高透射镜位于前表面吋，后面的八字补偿高透射镜使得光路依然沿原路，对于调光带来了方便；2.适用性強，本发明的光束导入系统对激光器的中心高度没有強制性要求，可以通过光束导入系统的旋转机构使得第一片反射镜高度在一定范围内随意设置；3.效率高，本发明采用了联动机构、第二运动机构以及第ニ运动机构使得整个测试装置自动联动，自动化程度高，不仅提高了测试的工作效率，还保证了测试的可靠性。
图1为本发明激光损伤阈值自动测试装置的结构示意图。
具体实施例方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进ー步的具体说明。请參考图1所示，ー种激光损伤阈值自动测试装置100，其包括激光器10、分光衰减系统20、聚焦系统30、能量采集系统40、样品台、光束采集系统50及处理系统(图未示)， 其中，所述分光衰减系统20及所述能量采集系统40位于激光器10发出激光束的第一主光轴上，所述聚焦系统30、所述光束采集系统50位干与第一主光轴垂直的第二主光轴上，所述分光衰减系统20包括ー个高反射镜21、ー个高透射镜22、ー个联动机构、ー个八字补偿高透射镜23以及ー个可变光阑。所述高反射镜21、高透射镜22在所述联动机构的作用下可实现位置互換，且在互換过程中始终保持着前述的高反射镜21、高透射镜22的前镜面位于同一个平面上。所述激光损伤阈值自动测试装置100还包括ー个用于将激光器发出的激光束导入分光衰减系统20中的光束导入系统60，所述光束导入系统60包括两个相对且互相平行设置的反射镜(61、62)及ー个旋转机构(图未示)，所述旋转机构用于调整两个反射镜 (61,62)的安装高度，以确保从激光器发出的激光束射在两个反射镜(61、62)的工作表面上。由于所述反射镜61可在一定范围内上下移动，故本发明的光束导入系统60对激光器 10的中心高等没有強制性要求，从而满足不同激光器10的快速更换。在本发明实施例中， 优选两组彼此平行且与水平面成45°角的两个反射镜(61、6 尤佳。前述八字补偿高透射镜23设置在从光束导入系统60射出的激光的第一主光轴上，其与前述的高透射镜22大致呈八字设置。当所述高透射镜22位于前表面吋，后面的八字补偿高透射镜23使得光路依然沿原路，对于调光带来了方便。所述分光衰减系统20包括ー个高反射镜21、ー个高透射镜22、ー个联动机构(图未示)、一个八字补偿高透射镜23以及ー个可变光阑。所述高反射镜21、高透射镜22在所述联动机构的作用下可实现互換，且在互換过程中始终保持着前述的高反射镜21、高透射镜22的前镜面位于同一个平面上。所述八字补偿高透射镜23设置在从光束导入系统60射出的激光的第一主光轴上，其与所述高透射镜22大致呈八字设置。当所述高透射镜22位于前表面吋，后面的八字补偿高透射镜23使得光路依然沿原路，对于调光带来了方便。所述聚焦系统30包括ー个聚焦透镜31及ー个调节聚焦透镜在垂直方向高度的第 ー运动机构(图未示)，聚焦透镜31的焦距不小于50，且聚焦系统30入口处最小通光口径应大于入射光束口径的6倍。能量采集系统40用于采集激光光束的能量。所述光束采集系统50包括ー个第一图像采集単元51、ー个第二图像采集単元52、 ー个第二运动机构(图未示)和ー个用于夹持外部待测片的夹持エ装(图未示)，所述第二运动机构用来改变所述夹持ェ装和所述第一图像采集単元51的位置，所述第一图像采集単元51用于采集由所述分光衰减系统20射来的初始光束，所述第二图像采集単元52用于观测外部待测片上的激光光斑。所述夹持エ装设置外部待侧片与第一主光轴所在平面成5 度角傾斜，以防止入射到外部待侧片上的光线沿原光路返回而损坏光路中的其他元件。所述光束采集系统50的具体工作原理为初始工作吋，所述第一图像采集単元51采集由所述分光衰减系统20射来的初始光束，外部待测片在所述夹持エ装及所述第二运动机构的作用下移入光路，接收所述分光系统20射来的激光光束，同吋，所述第一图像采集単元51移出光路，外部待测片接收所述分光系统20射来的激光光束后在移动到所述第二图像采集単元52的下方，所述第二图像采集単元52观测外部待测片上的激光光斑。所述第二图像采集単元52的放大倍率大于或者等于50倍，其用于观察被测样品表面上的激光损伤。在薄膜损伤中，主要表现为疤痕，针孔，层裂等。高反膜的损伤基本表现为薄膜表面烧伤形成的疤痕，而偏振膜和增透膜主要表现为小麻孔聚集。因而，高反膜主要为激光烧蚀破坏，偏振膜和增透膜主要为激光驻波场破坏，烧蚀效应较小，耐激光间断打击能力差。第二运动机构及待测片夹持エ装一起合作，用于加载待测片并将其放置于样品
I=I -to所述处理系统内设有多个通讯及分析软件，对所述第二图像采集单元采集的外部待测片上的激光光斑信息进行运算、处理，并且其控制所述旋转机构、联动机构、第一运动机构和第二运动机构的动作。在本发明的另ー实施例中，还提供了ー种利用上述装置的测试方法，其包括以下步骤，a)測量外部激光器输出的激光束単位面积上的损伤能量；b)将待测片通过ー个平移加转动机构移入光路中，并利用所述激光光束在待测片上打击多个测试点，并用光束采集系统观察待测片表面的损伤情况；c)调整外部激光器输出的激光束的能量，并重复前述步骤a至步骤b，直至测得损伤阈值为止。其中，所述步骤a包括al)将分光衰减系统的高透射镜植入光路中；a2)启动外部激光器输出激光束，在激光束的传播方向上安装光束导入系统60， 通过光束导入系统将其导入至分光衰减系统中；a3)通过能量采集系统采集输入的激光光束的能量，同时通过聚焦系统30打在光束采集系统上，获得不同大小的激光光斑，通过处理系统内设置的软件系统自动计算，得出単位面积上的损伤能量。所述步骤b包括。bl)初始工作吋，所述第一图像采集単元51采集由所述分光衰减系统射来的初始光束；b2)外部待测片在所述夹持エ装及所述第二运动机构的作用下移入光路，接收所述分光系统射来的激光光束，同吋，所述第一图像采集単元移出光路；b3)外部待测片接收所述分光系统射来的激光光束后在移动到所述第二图像采集単元的下方，所述第二图像采集単元观测外部待测片上的激光光斑。为了保证整个装置测试效果最佳，要求在测试吋，待测片表面上的激光光斑测试点的间距应大于等于3倍待测片表面上的光斑直径，并且整个测试是在环境温度为16 32°C，相対湿度小于50%，1000级洁净条件下进行。 本发明激光损伤阈值自动测试装置及测试方法，并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。
权利要求
1.ー种激光损伤阈值自动测试装置，其包括依光路方向依序设置的分光衰减系统、 聚焦系统、能量采集系统及光束采集系统，所述分光衰减系统及所述能量采集系统位于外部激光器发出激光束的第一主光轴上，所述聚焦系统、所述光束采集系统位于与第一主光轴垂直的第二主光轴上，其特征在干所述分光衰减系统包括高反射镜、高透射镜及联动机构，所述高反射镜、高透射镜在所述联动机构的作用下互換位置。
2.如权利要求1所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述激光损伤阈值自动测试装置还包括用于将外部激光器发出的激光束导入分光衰减系统中的光束导入系统，所述光束导入系统包括两个相对且互相平行设置的反射镜及旋转机构，所述旋转机构用于调整两个反射镜的安装高度。
3.如权利要求1所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述高反射镜与第一主光轴倾斜设置，所述高透射镜与所述高反射镜设置在同一平面上。
4.如权利要求1所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述的分光衰减系统还包括八字补偿高透射镜，所述八字补偿高透射镜与所述的高反射镜或者高透射镜设置成八字状。
5.如权利要求2所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述光束导入系统中的两个反射镜都与水平面成45°角设置。
6.如权利要求1所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述聚焦系统包括至少ー个聚焦透镜及用于调节聚焦透镜在垂直方向高度的第一运动机构。
7.如权利要求6所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述光束采集系统包括第一图像采集単元、第二图像采集単元、第二运动机构和用于夹持外部待测片的夹持 エ装，所述第一图像采集単元用于采集由所述分光衰减系统射来的初始光束，所述第二图像采集单元用于观测外部待测片上的激光光斑。
8.如权利要求1所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述夹持エ装设置外部待侧片与第一主光轴所在平面成5度角傾斜。
9.如权利要求1所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述第一图像采集単元和所述第二图像采集単元都为CCD。
10.如权利要求9所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述第二图像采集単元的放大倍率大于或者等于50倍。
11.如权利要求1所述的激光损伤阈值自动测试装置，其特征在于所述激光损伤阈值自动测试装置还包括ー个用于控制所述联动机构的处理系统。
12.—种用权利要求1所述装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤，a)測量外部激光器输出的激光束単位面积上的损伤能量；b)将待测片通过ー个夹持エ装及第ニ运动机构移入光路中，并利用所述激光光束在待测片上打击多个测试点，并用光束采集系统观察待测片表面的损伤情况；c)调整外部激光器输出的激光束的能量，并重复前述步骤a至步骤b，直至测得损伤阈值为止。
13.如权利要求12所述的测试方法，其特征在于所述步骤a包括al)将分光衰减系统的高透射镜植入光路中；a2)启动外部激光器输出激光束，在激光束的传播方向上安装光束导入系统，通过光束导入系统将其导入至分光衰减系统中；a3)通过能量采集系统采集输入的激光光束的能量，同时通过聚焦系统打在光束采集系统上，获得不同大小的激光光斑，通过处理系统计算得出単位面积上的损伤能量。
14.如权利要求12所述的测试方法，其特征在于所述步骤b包括 bl)初始工作吋，所述第一图像采集単元51采集由所述分光衰减系统20射来的初始光束；b2)外部待测片在所述夹持エ装及所述第二运动机构的作用下移入光路，接收所述分光系统20射来的激光光束，同吋，所述第一图像采集単元51移出光路；b3)外部待测片接收所述分光系统20射来的激光光束后在移动到所述第二图像采集単元52的下方，所述第二图像采集単元52观测外部待测片上的激光光斑。
全文摘要
本发明公开了一种激光损伤阈值自动测试装置及测试方法，其包括激光器、分光衰减系统、聚焦系统、能量采集系统、光束采集系统及处理系统，其中，所述分光衰减系统包括高反射镜、高透射镜、联动机构及八字补偿高透射镜，所述高反射镜、高透射镜在联动机构的作用下互换位置，并且在互换过程中，前述的高反射镜、高透射镜的前镜面位于同一个平面上。测试方法包括以下步骤a)计算激光束单位面积上的损伤能量；b)将前述激光光束打击待测片上的多个测试点，并用光束采集系统观察待测片表面的损伤情况；c)调整激光束的能量，并重复步骤a至b，直至测得损伤阈值为止。本发明的此种结构及测试方法，使得测试误差极小，并且适用性强、效率高。
文档编号G01M11/02GK102564734SQ20111006158
公开日2012年7月11日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者樊仲维, 王家赞 申请人:北京国科世纪激光技术有限公司