一种在线检测多程放大激光系统光学元件损伤的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光检测技术领域，具体地说涉及一种在线检测多程放大激光系统光 学元件损伤的方法。
【背景技术】
[0002] 在高功率多程放大激光系统中，当激光强度达到足够高的量级时，光学元件将发 生一系列不可逆、灾难性的变化，通常将这种现象称为损伤。激光诱导损伤是一个复杂的过 程，受光学元件材料性质、激光参数、光学元件所处的环境条件等多种因素影响。
[0003] 损伤的机理主要有三类:热过程、雪崩击穿过程和多光子电离过程。热过程源自材 料对激光能量的吸收，光学元件在抛光过程中，元件表面会形成抛光沉积层，抛光沉积层的 杂质会强烈吸收激光能量，使得材料局部的温度变化很大，产生热应力破坏光学元件；当激 光在材料缺陷处形成的电场强度足够高时，电子将从晶格被剥离，导致材料的雪崩击穿破 坏；当激光强度进一步提高，可以将电子从晶格中剥离出来，并且瞬时被激发到更高的能 级，将会出现多光子电离现象，进而破坏光学元件。
[0004] 为了系统安全和光束质量，必须对光学元件的损伤予以及时检测，并采取相应措 施。目前，多程放大激光系统的光学元件损伤在线检测多采用明场或暗场成像技术，通过图 像采集设备对不同的元件成像，以获得损伤点的位置和大小等信息。但是，在多程放大激光 系统中，由于系统使用的光学元件多达数十件，每个元件检测均需移动采集设备对其成像， 所需检测时间长，同时，不同光学元件可位于相同成像面，损伤点信息相互干扰，影响损伤 点位置的准确判断。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种设备成本低、结构简 单、操作方便、有效减少在线检测的时间、灵活度高、适用于在线检测高功率多程放大激光 系统光学元件损伤的方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种在线检测多程放大激光系统光学元件损伤的方法，对激光系统进行明场照 明，切换空间滤波器的状态，在激光系统输出端采集近场图像，对空间滤波器不同状态下的 近场图像进行观察，判断光学元件是否存在损伤，根据近场图像变化情况、损伤点的偏移量 和损伤点图样，确定损伤点位置和大小。
[0008] 进一步，对激光系统进行明场照明的光源为注入激光系统的前级重频激光。
[0009] 进一步，所述激光系统包含第一级放大光路和第二级放大光路，所述第一、二级放 大光路之间设置有空间滤波器一，所述第二级放大光路与激光系统的输出端之间设置有空 间滤波器二。
[0010] 进一步，所述切换空间滤波器的状态，在激光系统输出端采集近场图像的方法为：
[0011] (1)将空间滤波器一切换到大孔状态、空间滤波器二切换到大孔状态，在激光系统 输出端采集近场图像一；
[0012] (2)将空间滤波器一切换到滤波孔状态、空间滤波器二切换到大孔状态，在激光系 统输出端采集近场图像二；
[0013] (3)将空间滤波器一切换到滤波孔状态、空间滤波器二切换到滤波孔状态，在激光 系统输出端采集近场图像三。
[0014] 进一步，所述近场图像二、三的采集顺序可以互换。
[0015] 进一步，对空间滤波器不同状态下的近场图像进行观察的方法为：
[0016] 所述近场图像一上没有出现调制点，则激光系统的光学元件不存在损伤;所述近 场图像一上出现调制点，则激光系统的光学元件存在损伤，根据近场图像变化情况，进一步 判断损伤点位置。
[0017] 进一步，所述进一步判断损伤点位置的方法为：
[0018] a、所述近场图像二没有出现调制点或出现边缘模糊调制点，且近场图像三上没有 出现调制点，则所述损伤点位于第一级放大光路的光学元件；
[0019] b、所述近场图像二出现边缘清晰的调制点，近场图像三上没有出现调制点或出现 边缘模糊调制点，则至少第二级放大光路的光学元件存在损伤点，对比所述近场图像一、近 场图像二上的调制点，并对存在变化和未变化的调制点分别进行标注；
[0020] (1)根据所述多程放大激光系统的激光光路，明确位于第二级放大光路的损伤点 在不同放大程产生调制点的分布位置规律；
[0021] (2)根据步骤（1)所述的分布位置规律，明确与未变化的调制点相对应的其他放大 程中调制点的分布位置；
[0022] (3)若近场图像二上存在变化的调制点均位于步骤(2)中所述的分布位置，则仅第 二级放大光路的光学元件存在损伤点；
[0023] (4)若近场图像二上存在变化的调制点未全部位于步骤(2)中所述的分布位置，则 第一、二级放大光路的光学元件均存在损伤点。
[0024] 进一步，所述损伤点所在光路对应的激光光斑为a*b，所述损伤点在垂直方向的偏 移量标记为A y，所述根据损伤点的偏移量，确定损伤点位置的方法为：
[0025] (1)在所述近场图像一中，取所述损伤点在两个不同放大程中的对应位置，并分别 标记为A点、B点，读取A、B两点在垂直方向的偏移像素 d;
[0026] (2)读取所述近场图像一在垂直方向的全口径像素 D;
[0027] (3)计算损伤点的偏移量# = χΛ ;
[0028] (4)将Ay与激光系统中各光学元件在垂直方向的实际平移量进行比较，两者数值 相同时，所述损伤点即位于该实际平移量对应的光学元件。
[0029]进一步，所述损伤点的实际尺寸为m*n，所述根据损伤点图样，确定损伤点大小的 方法为：
[0030] (1)在所述近场图像一中，取所述损伤点在任一放大程中的对应位置，并标记为C 点，确定C点的质心，对C点进行轮廓拟合，得到其剖面图；
[0031] (2)在步骤(1)所得的剖面图中，读取C点在水平、垂直方向像素，分别标记为x，y;
[0032] (3)结合损伤点所在光路对应的激光光斑为a*b，以及所述近场图像一的全口径像 素 A*D，计算损伤点的实际尺寸，其中，《 =
[0033]进一步，在所述剖面图中，计算轮廓线下凹为10%两点之间的距离，所述距离即为 C点在水平、垂直方向像素。
[0034]本发明的有益效果是：
[0035] 1、本发明不需要配备额外的照明光源、图像采集光路和设备，有效降低了设备成 本，结构简单。
[0036] 2、本发明通过在线切换放大系统中空间滤波器的状态，并采集不同状态下的近场 图像，便可进行自动的离线处理，操作方便，有效减少在线检测的时间，灵活度高。
[0037] 3、本发明根据近场图像首先确定损伤点位于哪段放大光路，然后再对损伤点图像 进行处理，确定损伤点的具体位置，保证损伤点位置的唯一性，有效缩短检测时间。
[0038] 4、本发明简单易行，特别适用于高功率多程放大激光系统的光学元件损伤在线检 测。
[0039] 5、本发明采用注入激光系统的前级重频激光对激光系统进行明场照明，有效避免 了暗场检测条件下对损伤成像质量的影响。
[0040] 6、本发明可以实现在线跟踪元件的损伤状态，结合光学元件所处位置的光斑实际 尺寸和像素尺寸，得到损伤点大小，操作者根据实际需要，将损伤元件进行更换，有效保证 激光系统的建设进度和运行效率。
【附图说明】
[0041 ]图1是本发明的激光系统光路示意图；
[0042]图2是本发明的空间滤波器结构示意图；
[0043]图3(a)是本发明的实施例二中常规监测设备采集的近场图像一；
[0044] (b)是本发明的实施例二中常规监测设备采集的近场图像二；
[0045] (c)是本发明的实施例二中常规监测设备采集的近场图像三；
[0046] 图4(a)是本发明的实施例三中常规监测设备采集的近场图像一；
[0047] (b)是本发明的实施例三中常规监测设备采集的近场图像二；
[0048] (c)是本发明的实施例三中常规监测设备采集的近场图像三；
[0049] 图5是本发明的实施例二中计算内腔段损伤点偏移量的示意图；
[0050] 图6是本发明的实施例三中计算助推段损伤点偏移量的示意图；
[0051] 图7是本发明的光学元件垂直方向的平移量曲线图；
[0052] 图8(a)是本发明的实施例二中损伤点在X轴方向剖面曲线示意图；
[0053] (b)是本发明的实施例二中损伤点在Y轴方向剖面曲线示意图；
[0054]图9(a)是本发明的实施例三中损伤点在X轴方向剖面曲线示意图；
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