本发明涉及一种激光晶体热应力双折射系数测量装置及其方法，属于测量材料双折射领域。
背景技术：
：目前，激光技术发展迅猛，应用范围涉及军事、航空航天、医疗、通讯等诸多领域，是世界上竞争最激烈的高
技术领域：
之一。激光材料是激光技术发展的基础，其材料主要为光学晶体。随着高能激光的发展，对晶体材料提出越来越高的要求，而晶体材料由于制造工艺(生长工艺)、原材料杂质的存在，不可避免地存在缺陷。缺陷已经成为晶体在强激光领域应用的一个重要制约瓶颈。不仅给装调带来麻烦，还使激光光束质量劣化、材料性能退化、成像质量以及出射光偏振度变差甚至使激光器无法工作。晶体的应力双折射系数是表征双折射晶体光学性质的重要参量，也是衡量激光晶体物理特性的最重要的物理量。测量应力双折射系数可以检测生长和加工过程中出现的偏差。还能获知晶体在制备过程中由于熔体温度波动、籽晶缺陷延伸、原料杂质等因素，导致晶体内部出现的缺陷的相关情况。实现晶体缺陷的形态、位置和分布密度等参数的精确测量，是消除缺陷提高激光晶体质量的首要前提条件。但晶体的双折射率具有对温度的敏感性，使得双折射率存在不可忽略的温度效应。激光器使用过程中，增益介质中的泵浦光只有少部分能转化为激光输出，其余大部分都以热能形式释放，释放的热量经常造成激光器中的光学激光晶体形变。形变的激光晶体在自身压力或张力的作用下，会产生应力双折射现象。由于激光器释放的热量会随激光器工作负载的调整而改变，随着热量的改变，激光晶体形变量也会发生改变。这种受激光器释放热量影响的光学晶体应力双折射现象称为热应力双折射现象。现有晶体双折射系数的测量方法主要有补偿法、偏光干涉法、光强法、调制法、光谱扫描法等。如干涉法，zygo公司采用迈克尔逊干涉仪或斐索干涉仪光路，将通过待测元件前后的光分别进行偏振态转换，获取o光和e光两束光的干涉条纹，分析得到待测样品的双折射系数。如干涉色法利用线偏振光干涉，由干涉色的识别来确定光程差的大小。然而，上述测量方法，只能用于检测在非工作状态下的固定的晶体双折射系数。而热应力双折射现象随激光器的负载的改变而改变，如激光器的外场作用一旦撤离，光学晶体的形变也会随之发生改变，在无激光器负载条件下，无法测量得到存在负载时的晶体热应力双折射系数。现有技术中缺乏一种可以实时测量工作中，激光晶体热应力双折射系数的装置或方法。技术实现要素：根据本发明的一个方面，提供了一种能获取实时双折射系数的激光晶体热应力双折射系数测量装置，该装置能检测激光晶体在不同激光负载条件下，所产生的应力双折射系数。避免了人工手动测量的误差，同时实现了在晶体负载激光的条件下，及时获取双折射系数，所得结果准确实时。本发明提供的激光晶体热应力双折射系数测量装置，包括：模拟光路和检测光路，检测光路和模拟光路聚焦于样品的测试点上；检测光路包括：探测光源、起偏器、检偏器和光检测装置；探测光源与样品光路连接，连接探测光源与样品的光路通过起偏器；光检测装置与样品光路连接，连接光检测装置与样品光路通过检偏器。可选地，本发明的激光晶体热应力双折射系数测量装置，包括：用于在样品上负载激光的模拟光路和用于检测样品双折射系数的检测光路，检测光路和模拟光路均聚焦于样品的测试点上；检测光路包括：用于发射探测光的探测光源，用于起偏探测光的起偏器、用于检测探测光的检偏器和用于处理探测光的光检测装置，探测光源与样品通过起偏器光路连接，光检测装置与样品通过检偏器光路连接。优选地，光检测装置包括ccd探测器，ccd探测器与检偏器光路连接；激光晶体热应力双折射系数测量装置还包括显微镜组，显微镜组设置于样品的出光面外侧，并分别与样品和检偏器光路连接；检偏器包括第一检偏器和第二检偏器，第一检偏器的偏振方向平行于起偏器偏振方向；第二检偏器的偏振方向垂直于起偏器偏振方向。优选地，激光晶体热应力双折射系数测量装置还包括分光镜，分光镜将从样品出光面出射的探测光分为两束后，分别与第一检偏器和第二检偏器光路连接；第一检偏器为+45°检偏器；第二检偏器为-45°检偏器；起偏器为45°起偏器；ccd探测器的帧率为30帧以上；探测光源的功率为1～10mw。优选地，模拟光路包括：泵浦光源模块，泵浦光源模块与样品光路连接。优选地，泵浦光源模块包括至少一个泵浦光源和聚焦光路，泵浦光源与聚焦光路光路连接，泵浦光源出射的激光经过聚焦光路后聚焦于样品。优选地，泵浦光源为2个；泵浦光源的激光波长为1064nm时，聚焦点光斑半径为20-100μm，泵浦光源的激光波长为633nm时，聚焦点光斑半径为50-200μm；泵浦光路的聚焦点功率密度调整范围为0～1.60mw/cm2；泵浦光源的波长为1064nm和/或633nm。优选地，样品放置于样品架上，样品架为由各向同性透明材料制成。优选地，样品架由电机驱动进行三维扫描移动，电机的最小步长为0.1mm。优选地，模拟光路还包括第一功率计和第二功率计，泵浦光源包括第一泵浦光源和第二泵浦光源，第一泵浦光源出射的光经过样品后与第一功率计光路连接；第二泵浦光源出射的光经过样品后与第二功率计光路连接。本发明的另一方面还提供了一种激光晶体热应力双折射系数测量方法，包括以下步骤：步骤s100：将样品置于如上述的激光晶体热应力双折射系数测量装置中，打开模拟光路向样品内测试点聚焦激光至样品发生热应力双折射；步骤s200：打开检测光路向测试点聚焦起偏的探测光，记录从样品离开，并经检偏器检偏的分光光强；步骤s300：按照下式计算得到相位延迟量φ：(ip-ic)/(ip+ic)＝cosφ其中，ip和ic为分光光强，根据所述相位延迟量φ计算得到所述激光晶体热应力双折射系数。本发明能产生的有益效果包括：1)本发明所提供的激光晶体热应力双折射系数测量装置，能实时检测不同激光负载下，激光晶体产生的应力双折射系数，从而得到能反映晶体内部情况的基础信息。2)本发明所提供的激光晶体热应力双折射系数测量装置，以双检偏器光强法结合了偏光干涉法和光强法的优势特点，根据“起偏-检偏”原理得到样品的双折射系数，并用ccd测量光强取代干涉条纹法计算光强，最后通过计算得到样品的应力双折射系数。该装置既保留了偏光干涉法测量精度高的特点，又可以对样品进行线测量或面测量，并且不会因为操作人员的个体差异而造成误差，适用于测量模拟激光负载情况，激光材料的热应力双折射系数。3)本发明所提供的激光晶体热应力双折射系数检测方法，模拟激光热效应作用于激光晶体后，利用起偏-检偏探测光，探测发生热应力双折射的激光晶体产生的相位延迟量φ。该方法测量结果准确，避免人工误差。附图说明图1为本发明优选实施例中的模拟光路示意图；图2为本发明优选实施例中的检测光路示意图；图3为本发明优选实施例中的激光晶体热应力双折射系数检测方法流程示意框图。部件和附图标记列表：部件名称附图标记第一泵浦光源110第二泵浦光源120聚焦光路130样品架140样品160第一功率计180第二功率计190探测光源210起偏器220分光镜240第一检偏器251第二检偏器252光检测装置270具体实施方式下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。本文中，样品160为待检测的激光晶体材料，该材料可以为各类形状，但均包括探测光入射面和探测光出射面。还包括负载用激光入射的激光入射面和负载用激光出射的激光出射面。参见附图1和2，本发明提供的激光晶体热应力双折射检测装置，包括：用于在样品160上负载激光热效应的模拟光路和用于检测样品160双折射系数的检测光路，检测光路和模拟光路均聚焦于样品160的测试点上。检测光路包括：探测光源210、起偏器220、检偏器和光检测装置270；探测光源210与样品160光路连接，连接探测光源210与样品160的光路通过起偏器220；光检测装置270与样品160光路连接，连接光检测装置270与样品160光路通过检偏器。参见图1，模拟光路用于对样品160进行激光照射，使样品160接受激光的热效应，发生形变产生应力，从而模拟激光晶体在激光器中的使用状态。模拟光路仅需实现使激光聚焦照射于样品160即可。双折射系数包括但不限于相位延迟量φ、双折射率等相关参数。为了实现检测，显然样品160的激光或探测光入射面均需进行抛光打磨，以避免激光晶体表面的杂质对测试结果造成影响。优选地，模拟光路包括：用于向样品160发射激光的泵浦光源模块，泵浦光源模块与样品160光路连接。更优选地，泵浦光源模块包括至少一个泵浦光源和用于会聚泵浦光源激光的聚焦光路130，泵浦光源通过聚焦光路130与样品160光路连接。此处的聚焦光路130可以通过在光路中增设各类常用的聚焦光学器件实现，例如可以在光路中增加自聚焦透镜、激光聚焦透镜、平凸聚焦透镜、正凹凸聚焦透镜、非球面聚焦透镜、衍射聚焦透镜和反射聚焦透镜。更优选地，泵浦光源为2个。更优选地，泵浦光路的聚焦点功率密度调整范围为0～1.60mw/cm2。优选地，泵浦光源的波长为1064nm和/或633nm。当泵浦光源为2个时，二者的波长即可相同也可以不同。具体的，泵浦光源的聚焦点光斑半径由所产生激光的波长决定，优选地，泵浦光源的激光波长为1064nm时，聚焦点光斑半径为20-100μm。泵浦光源的激光波长为633nm时，聚焦点光斑半径为50-200μm。泵浦光源各类现有激光发射器均可，例如泵浦光源：功率为20w的1064激光器和/或功率为10mw的氦氖激光器均可。在具体实施例中，2个泵浦光源为第一泵浦光源110和第二泵浦光源120，第一泵浦光源110和第二泵浦光源120的激光经过会聚光路聚焦后，聚焦照射到样品160中的某一点上。优选地，为了能对泵浦模块的出射激光的功率进行准确调节，以更准确的模拟不同功率的激光热效应，模拟光路还包括用于测量泵浦光源模块激光功率的功率计模块，功率计模块与样品160光路连接。功率计模块与从样品160出射激光光路连接。优选地，功率计模块包括第一功率计180和第二功率计190，第一功率计180与第一泵浦光源110光路连接；第二功率计190就与第二泵浦光源120光路连接。泵浦光源与功率计一一对应，能实现更精确的调节记录激光功率。优选地，还包括用于收集多余的激光的功率计模块，功率计模块与样品160的激光出射面光路连接。优选地，样品160放置于样品架140上。样品架140为光可通过的各向同性材料制成，以避免探测光受到样品架140的干扰。更优选地，样品架140可带动样品160进行三维移动。由电机驱动。优选地，所用电机的最小步长为0.1mm。所用样品架140在具体实施例中可以为由电机控制的可以精密三维移动的调整架。样品架140的移动可根据需要进行转动调节。从而实现无需手动移动样品160的情况下，实现对激光晶体各个部分进行检测，实现对样品160的全面扫描。通过转动样品架140即可扫描出整块样品160的双折射率三维分布。优选地，探测光源210功率范围为1～10mw。参见图2，检测光路用于对入射样品160的探测光先使其起偏，之后再检测探测光经过已产生热应力双折射的晶体后产生的相位延迟量φ。检测光路将探测光聚焦到模拟光路的激光聚焦测试点处。对探测光进行起偏和检偏之后，可以得到不同的检偏光强ip和ic。通过垂直检偏光路和水平检偏光路之间的光强差异，从而推算出探测光所携带的样品信息φ。检测光路包括依序光路连接的探测光源210、起偏器220、检偏器和光检测装置270。探测光源210的出射光照射在样品160的探测光入光面上。探测光穿过样品160后，由于此时的样品160已经产生热应力双折射，因而探测光从检测出光面出射后经过检偏器后，探测光进入光检测装置270中。经过光检测装置270的检测，得到探测光产生相位延迟量φ。优选地，光检测装置270包括用于获取探测出射光光强的ccd探测器，ccd探测器与检偏器光路连接。优选地，还包括用于聚焦收集探测光的显微镜组，显微镜组设置于样品160的探测光出光面的外侧，并分别与样品160和检偏器光路连接。显微镜组设置于检偏器与样品160的连接光路上。显微镜一方面将探测光聚焦于晶体内测试点，同时还能收集探测光。实现对经过激光聚焦测试点的探测光收集。当包括分光镜240时，显微镜组设置于样品160与分光镜240相连接的光路上。仅需保证显微镜组紧靠样品160设置即可，以便获取探测点处的光。显微镜组设置于样品的探测光出光面外，并聚焦探测点，用来收集样品160的出射光。用来收集并放大经过探测点的探测光。所用显微镜组可根据需要例如由于显微镜组的视场偏小，而调整其焦点在样品中的位置，以使其能靠近探测点，从而准确获取探测点处的探测光。探测光经过样品160后，就携带了样品160的信息(表现为相位延迟量φ)。显微镜组可有效放大样品160信息探测光中感兴趣的部分。之后通过具有较大的感光面积的ccd探测器，获取样品160高质量的光强度图像。根据所得光强可计算反推出相位延迟量φ，从而计算得到样品160的应力双折射。优选地，ccd探测器的帧率为30帧以上。此时检测效果较好。相位延迟量φ可由探测光入射样品160光强和出射样品160光强计算得到。根据所得相位延迟量φ按下式计算双折射产生的光程差：φ＝2π×(d/λ)(rad)其中，d为双折射产生的光程差，λ：探测光的波长。通过双折射光程差d与其他参数的关系式，可以根据所测得的相位延迟量φ计算各相关参数。例如：双折射产生的光程差d：d＝△n×δ，其中△n为双折射率，δ为样品160的厚度。双折射光程差d与样品160所受应力满足下式：d＝(σx-σy)×soc×δ(mm)其中，σx-σy为应力差(n/mm2)，soc为光弹系数[(nm/cm)/(n/mm2)]。以上数据处理可以通过相应的处理软件进行，从而得到双折射率、应力差等参数。通过对测量位置和输入参数进行设置，记录对整个样品160的扫描结果，用于后续分析处理。其中的光检测装置270为能检测得到相位延迟量φ的各类装置均可。例如干涉条纹或ccd探测器。优选地，为了准确测量双折射光线，需对产生的双折射的光分光路后分别进行检偏。检偏器包括第一检偏器251和第二检偏器252，第一检偏器251的偏振方向平行于起偏器220偏振方向；第二检偏器252的偏振方向垂直于起偏器220偏振方向。按现有方法将光路进行分光即可。更优选地，还包括分光光路，分光光路可以按现有的光路进行设计，只要能实现分光的均可，例如可以为包括多个反射镜和分光镜240的光路，通过反射镜将探测光引出后，再经过分光镜240分光，所分光束分别进入相应的检偏器。可以不限于分为2束，也可以为多束。优选分为两束，分光后的光束分别对应第一检偏器251和第二检偏器252，并光路连接。优选地，分光光路包括分光镜240，分光镜240设置于样品160与第一检偏器251和第二检偏器252的光路上。通过分光镜240光路连接。分光镜240分光后分别与第一检偏器251和第二检偏器252光路连接。从而实现对双折射的分别检偏。通过设置分光镜240将探测光出射后分为两路，可以避免测量入射光强i0导致的误差，提高测量结果的准确性。优选地，起偏器220为45°起偏器220。优选地，第一检偏器251为+45°检偏器；第二检偏器252为-45°检偏器。此为最优实施例。当探测光被分为两路后，分别测量两路光的光强分别为ip和ic，ip＝(io/2)(1+cosφ)ic＝(io/2)(1-cosφ)其中，io为探测光光源的强度。通过ccd探测器读取分束后的出射探测光的光强；按照下式得到相位延迟量φ：(ip-ic)/(ip+ic)＝cosφ其中，ip和ic为分光光强。参见图3，本发明的另一方面还提供了一种激光晶体热应力双折射系数检测方法，包括以下步骤：步骤s100：将样品160置于如前述装置中，打开模拟光路向样品160内测试点聚焦激光至样品160发生热应力双折射；步骤s200：打开检测光路向测试点聚焦起偏的探测光，记录从样品160离开，并经检偏器检偏的分光光强；步骤s300：按照下式计算得到相位延迟量φ：(ip-ic)/(ip+ic)＝cosφ其中，ip和ic为分光光强。该方法首先通过模拟光路在样品160内部待探测点释放大量热量，使样品160产生热应力双折射。再通过对探测光起偏，聚焦测试点后收集经过检偏的探测光，并将探测光分光为两路光路，按公式计算得出探测光的相位延迟量φ。利用该方法可以实时的测量在激光热效应下的样品160的相位延迟量φ，从而得出样品160各状态下的相位延迟量φ。该方法避免人工测量误差的产生，结果准确度高。实施例在一个具体实施例中，参见图1和2，本发明提供的激光晶体实时热应力双折射检测装置，包括第一泵浦光源110、第二泵浦光源120、第一功率计180、第二功率计190、探测光源210、起偏器220、分光镜240、第一检偏器251、第二检偏器252和光检测装置270。样品160在本实施例中为立方体，显然也可以为其他各类形状。面向样品160的激光入射面分别设置第一泵浦光源110、第二泵浦光源120。第一泵浦光源110和第二泵浦光源120产生的激光经过聚焦光路130聚焦后，照射到样品160内部的待检测点上。激光从与激光入射面相对的激光出射面离开后，进入第一功率计180和第二功率计190。通过第一功率计180和第二功率计190记录入射激光的功率，以便后续计算使用。当然也可以根据需要增设聚焦装置，激光聚焦后再进入各功率计。激光聚焦于待检测点上一段时间后，样品160由于受热发生形变，产生热应力双折射，此时打开探测光源210照射样品160的探测光入射面，探测光经过起偏器220起偏后，照射于样品160表面。同时探测光经设置于样品160的探测光出射面一侧的显微镜组聚焦，经过测试点的探测光被显微镜捕捉，并最终成像在ccd感光面上。探测光经过测试点后，从探测光出射面出射后，经过分光镜240，分为2束光。2束光分别进入第一检偏器251和第二检偏器252，并经由ccd探测器检测2束出射探测光的光强，从而通过公式计算得到相位延迟量φ。热应力双折射检测方法包含测量光源、泵浦光源、泵浦光路、样品架140、测量光路、起偏器220、功率计、显微镜组、分光棱镜、检偏器、ccd探测器以及数据处理软件；其中泵浦光源有两个，两束泵浦光通过会聚光路聚焦于样品160的同一点上，泵浦激光加热样品160内的测试点，剩余激光由激光功率计接收；测量光路垂直于泵浦光路，先经过45°检偏器，然后从上往下完全贯穿样品160；探测光通过被加热的测试点，由于测试点的温度分布，样品160内部的应力双折射将发生变化，造成探测光产生相位延迟量；显微镜组在透明塑料样品架140的下方聚焦于样品160内的测试点，收集通过样品160后的探测光，收集到的探测光将通过分光棱镜分为两束，一束经过45°检偏器，另一束经过-45°检偏器，最后成像于ccd的光敏面；数据处理软件对两束光进行处理，得到样品160的双折射率；激光泵浦情况下所测得的样品160双折射率与无激光泵浦情况下所测得的样品160双折射率之差即样品160应力双折射率的变化量；只需通过电机移动样品架140来控制探测光在样品160内的位置，即可获得样品160内部不同测试点的热应力双折射。以上所述，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。当前第1页12