Kdp晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳秒激光脉冲作用KDP晶体后在其体内形成的针状损伤点几何尺寸分布的测量装置及测量方法，属于KDP晶体技术领域中的KDP晶体体损伤的测量装置及测量方法。通常使用损伤阈值评价包含晶体在内的光学元件的抗损伤性能，但是损伤阈值自身具有概率性且容易受测试条件、测试方法、测试参数和数据处理的影响。本发明使用晶体体内针状损伤点几何尺寸分布作为评价晶体抗损伤性能的评价标准，并提出相应的测试方法和测试装置。这种评价标准及其测试方法可以避免损伤阈值及其测试方法的缺陷。
【专利说明】
KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置及测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及KDP晶体技术领域，涉及一种KDP晶体体损伤的测量装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]磷酸二氢钾(KDP)晶体是一种极受重视的功能晶体，人工生长KDP晶体已有半个多世纪的历史，是经久不衰的水溶性晶体之一。
[0003]由于KDP晶体能以较快的生长速度(?1mm/天)生长至较大(?50cm)的几何尺寸，从而使其成为目前激光惯性约束聚变驱动器中唯一符合要求的电光开关和频率转换的非线性材料。晶体的抗损伤性能是晶体的一个重要技术指标，现有的实验证实，纳秒脉冲作用下KDP晶体的损伤阈值比理论计算得到的KDP晶体的本征损伤阈值至少低I个数量级，并且KDP晶体的损伤多呈现为体损伤。体损伤表现为在激光作用区域内晶体上出现的众多(密度最高可达?103/_3)针状损伤点，体损伤的出现一方面会导致晶体的散射损耗增加，另外一方面也会导致晶体下游光束对比度增加，从而诱导下游光学元件损伤，所以KDP晶体的体损伤是限制激光惯性约束聚变驱动器输出能力的瓶颈问题之一。如何理解、解释KDP晶体在远低于本征损伤阈值的情况下出现体损伤是现在的研究热点，这需要首先研究、表征晶体在纳秒脉冲作用下的损伤规律。
[0004]现有损伤测试中，大都采用损伤阈值评价包含晶体在内的所有光学元件的抗损伤性能，并且有相应的国际标准(I S021254)来规范损伤阈值的测量。
[0005]申请号为201110050231.X的发明专利申请公开了一种KDP晶体高功率激光体损伤三维测量方法，该方法的实质是将待测的KDP晶体置于数字全息干涉测量装置的探测光路中，探测晶体内体损伤的相位分布轮廓，即二维相位分布图像;对待测晶体进行角度扫描，对各角度采样点下获取的二维相位分布图像的傅里叶变换进行逆傅里叶变换重构体损伤的三维相位分布形貌。该体损伤的三维精细结构不但可以作为定性描述激光损伤特性的重要参数，还将成为关联光损伤宏观特征和微观机制的关键环境，在探索KDP/DKDP晶体激光损伤机理和提高光损伤阈值方面有重要应用。
【发明内容】
[0006]然而，损伤阈值在测量过程中容易受到诸如光斑大小、光斑空间分布、测试方法等损伤测试条件的影响，且损伤阈值自身具有概率性，这些使得在确认包含晶体在内光学元件的抗损伤性能时存在不确定性。本申请在分析晶体体损伤特性的基础上，提出一种新的评价晶体抗损伤性能的评价指标。
[0007]本发明的发明目的在于:针对现有技术存在的问题，提出一种新的评价晶体抗损伤性能的评价指标一一晶体体内损伤点几何尺寸分布，并提供一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置及测量方法，提高KDP晶体体损伤测量的精度。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0009]—种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置，包括测试测试激光器、能量衰减装置、第一反射镜、第二反射镜、光楔、第一偏振片、半波片、第二柱透镜、三维平移台、第三反射镜、第三柱透镜、探测激光器、显微镜、PC电脑、能量计、CCD相机、第一柱透镜、控制器和第一偏振片；
[0010]所述测试激光器产生的测试光依次经能量衰减装置、第一反射镜、第二反射镜后入射至光楔，一部分测试光在光楔前表面产生反射作用形成第一反射测试光，第一反射测试光经第一柱透镜后成像至CCD相机;一部分测试光在光楔后表面产生反射作用形成第二反射测试光，第二反射测试光入射至能量计;一部分测试光透过光楔形成透射测试光，所述透射测试光依次经第一偏振片、半波片、第二柱透镜后入射至三维平移台上的被测样品;所述探测激光器产生的探测光依次经第三柱透镜、第三反射镜后入射至三维平移台上的被测样品;所述第二偏振片位于显微镜与三维平移台上的被测样品之间，所述测试激光器、能量计、CCD相机、显微镜、控制器均与PC电脑连接，所述显微镜的位置与三维平移台上的被测样品相适配，所述控制器与三维平移台连接。
[0011]其中，入射至被测样品的探测光与入射至被测样品的透射测试光反向共线传输。
[0012]其中，所述探测激光器为白光光源或宽带光源。
[0013]其中，入射至被测样品上的探测光的光束直径大于入射至被测样品上的透射测试光的光束直径，且入射至被测样品上的探测光与入射至被测样品上的透射测试光反向共线传播。
[0014]其中，所述测试光的瑞利长度大于被测样品的厚度。
[0015]一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法，测量步骤如下:
[0016]S1、选择被测样品
[0017]被测样品的各个面经抛光处理，被测样品的侧面没有划痕，被测样品的厚度均不超过KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第二柱透镜的焦深，判断好被测样品的ο轴和e轴方向；
[0018]S2、选择测试环境
[0019]选择湿度小于50%RH的测试环境，将步骤SI中选出的被测样品放在KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台上，被测样品放置于透射测试光的瑞利范围内，且被测样品与三维平移台柔性连接;调整KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第一反射镜、第二反射镜的角度，使测试激光器产生的测试光以合适的方位角α传输;利用溯源标定过的能量计测量KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的光楔的取样系数，该取样系数γ为第二反射测试光的能量Er与透射测试光的能量Et之比，即γ =Er/Et;调节显微镜的位置，使显微镜与被测样品的侧面垂直；
[0020]S3、调整测试参数
[0021]开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的探测激光器，反复试用选择好的探测光的光强、显微镜参数以获得较好的观察效果，并固定探测光的光强、显微镜参数，标定显微镜的视场、分辨率、放大倍率和景深参数；
[0022]S4、损伤测试
[0023 ]固定步骤S2、S3中的参数，移动KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台，KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的CCD相机对被测样品的待测区域进行拍摄，选择被测样品上成像质量较好的区域作为测试区域，并拍摄损伤作用前的图片；开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的测试激光器，测试激光器产生的测试光对被测样品选定的测试区域进行损伤测试，根据此时KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的能量计的示数和步骤S2中的取样系数计算出透射测试光的能量Et，并拍摄损伤作用后的图片；[〇〇24]S5、测试结果处理[〇〇25]将步骤S4中得到的损伤测试前后的图片导入图像处理软件，让损伤作用后的图片减去损伤作用前的图片从而获得损伤测试效果图；根据标定好的显微镜的分辨率、比例尺和损伤测试效果图中各个损伤点的像素大小，获得在损伤测试脉冲作用下晶体体内各个损伤点的几何尺寸;利用图像处理软件对各个损伤点的几何尺寸进行统计分析，获得在该激光参数作用下被测样品体内的针状损伤点的几何尺寸分布。
[0026]其中，所述KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置包括测试测试激光器、能量衰减装置、第一反射镜、第二反射镜、光楔、第一偏振片、半波片、第二柱透镜、三维平移台、第三反射镜、第三柱透镜、探测激光器、显微镜、PC电脑、能量计、(XD相机、第一柱透镜、 控制器和第一偏振片；
[0027]所述测试激光器产生的测试光依次经能量衰减装置、第一反射镜、第二反射镜后入射至光楔，一部分测试光在光楔前表面产生反射作用形成第一反射测试光，第一反射测试光经第一柱透镜后成像至CCD相机;一部分测试光在光楔后表面产生反射作用形成第二反射测试光，第二反射测试光入射至能量计;一部分测试光透过光楔形成透射测试光，所述透射测试光依次经第一偏振片、半波片、第二柱透镜后入射至三维平移台上的被测样品;所述探测激光器产生的探测光依次经第三柱透镜、第三反射镜后入射至三维平移台上的被测样品;所述第二偏振片位于显微镜与三维平移台上的被测样品之间，所述测试激光器、能量计、CCD相机、显微镜、控制器均与PC电脑连接，所述显微镜的位置与三维平移台上的被测样品相适配，所述控制器与三维平移台连接。
[0028]其中，步骤S3中，在开启探测激光器后至反复试用探测光前，需对被测样品进行单发次损伤测试，然后根据单发次损伤测试的结果调整测试参数，使显微镜的分辨率小于被测样品的针状损伤点的几何尺寸，使被测样品的横向几何尺寸小于显微镜的工作距离，使显微镜的视场大于从侧面垂直观察测试作用区域的面积，使显微镜的景深大于从侧面垂直观察测试光作用区域的所对应的厚度。
[0029]其中，步骤S2中，方位角a是指测试光入射至被测样品时的入射角，且该方位角a小于5。。
[0030]其中，所述探测激光器为白光光源或宽带光源。[0031 ]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0032]本发明中，通过测量被测样品的体内针状损伤点几何尺寸来反映被测样品的散射损伤情况，该散射损伤情况可直接或间接体现出被测样品的体损伤情况，由于在被测样品的体内针状损伤点几何尺寸的测量过程中，不受光斑大小、测试方法等因素的影响，从而可有效提高该测量装置和测量方法的测量精度、测量效率，同时在测试过程中排除了其他因素的影响，使得测试结果更具可信性。在测试前，需要判断晶体的〇轴和e轴方向，测试光路使用了半波片和第一偏振片以获得偏振光作为测试光，在测试时，需要将测试光的偏振方向和晶体的〇轴或e轴方向平行，目的在于排除入射光偏振方向对测试结果的影响;在测试时，严格匹配待测晶体样品几何尺寸、测试光斑几何尺寸、显微镜和探测光的参数，目的在于在均匀、宽带探测激光器的照明下，对测试区域中出现的所有针状损伤点进行高分辨拍摄;在测试前，需要对晶体的测试区域进行初步判断并拍摄相应的显微图片，测试完毕后利用常见的图片处理软件减掉损伤测试前的图片，其目的在于排除晶体体内先前存在的缺陷对图片的处理；在拍摄时，在显微镜前使用第一偏振片，其目的在于消除晶体的双折射效应，防止双折射效应使得图片模糊或者损伤点数目加倍；用白光光源或宽带光源对损伤测试区域照明，目的在于防止入射的探测光和散射光、散射光和散射光之间的干涉对测量结果的影响。【附图说明】[0〇33]图1为本发明的结构不意图；
[0034]其中，附图标记为:1 一测试激光器、2—能量衰减装置、3—第一反射镜、4一第二反射镜、5—光楔、6—第一偏振片、7—半波片、8—第二柱透镜、9一二维平移台、10—被测样品、11 一第二反射镜、12—第二柱透镜、13—探测激光器、14 一显微镜、15—PC电脑、16—能量计、17—(XD相机、18—第一柱透镜、19一控制器、20—第二偏振片。【具体实施方式】
[0035]下面结合附图，对本发明作详细的说明。[〇〇36]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]现阶段通常使用损伤阈值评价包含晶体在内的光学元件的抗损伤性能，但是损伤阈值自身具有概率性且容易受测试条件、测试方法、测试参数和数据处理的影响。本专利使用晶体体内针状损伤点几何尺寸分布作为评价晶体抗损伤性能的评价标准，并提出相应的测试方法和测试装置。该方法可以避免损伤阈值的缺陷。
[0038]该KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置包括测试激光器1、能量衰减装置 2、第一反射镜3、第二反射镜4、光楔5、第一偏振片6、半波片7、第二柱透镜8、三维平移台9、 第三反射镜11、第三柱透镜12、探测激光器13、显微镜14、PC电脑15、能量计16、(XD相机17、 第一柱透镜18、控制器19和第二偏振片20,该三维平移台9上柔性连接有被测样品10。
[0039]测试时，开启测试激光器1，该测试激光器1产生的测试光透过衰减装置2后入射至第一反射镜3,并在第一反射镜3上产生反射，第一反射镜3上反射的测试光又入射至第二反射镜4，并在第二反射镜4上产生反射，第二反射镜4上反射的测试光入射至光楔5。测试光经由光楔5后分成三束光，其中一部分测试光在光楔5的前表面上产生反射并形成第一反射测试光，该第一反射测试光透过第一柱透镜18后入射至CCD相机17; —部分测试光在光楔5的后表面上产生反射并形成第二反射测试光，第二反射测试光直接入射至能量计16;—部分测试光在光楔5上产生透射并形成透射测试光，该透射测试光依次透射过偏振片6、半波片 7、第二柱透镜8后入射至三维平移台9上的被测样品10上。该能量计16、(XD相机17、显微镜 14、控制器19均与PC电脑15连接，且显微镜14的位置与三维平移台9上的被测样品10相适配，控制器19与三维平移台9连接。该第二偏振片20位于显微镜14与三维平移台9上的被测样品10之间，该测试激光器1、能量计16、(XD相机17、显微镜14、控制器19均与PC电脑15连接，该显微镜14的位置与三维平移台9上的被测样品10相适配，且控制器19与三维平移台9 连接。
[0040]在光楔5第一个反射面上形成的反射光用于共辄测量光束分布，在光楔5第二个反射面上形成的反射光用于输出能量监测;第一偏振片6和半波7配套使用用于获得消光比较高的偏振测试光，在随后测试中，让测试光的偏振方向和待测晶体样品的e轴或〇轴方向重合，以降低偏振对测试结果的影响;之后在光楔5上形成的透射测试光光束经过第二柱透镜 8后最终汇聚于被测样品10,被测样品10放置于光束的瑞利范围内以保证经过被测样品10 的测试光光束直径不会发生变化，并且第二柱透镜8焦距的选取须保证缩束光束和显微镜 14的视场、景深相匹配;保证能量计16前的柱透镜和被测样品10前的第二柱透镜8的参数一致。同样的让探测光经过第三柱透镜12作用后照射被测样品10的损伤区域，探测光和测试光须保证反向共线传播；同时让探测光直径略大于被测样品10附近的测试光的直径，并且尽可能让探测光在空间呈均匀分布;为排除干涉影响，一般选用白光光源或宽带光源作为探测光。[0041 ]作为优选，该第一柱透镜18和CCD相机17分别与第二柱透镜8和被测样品10相对于光楔5共辄放置，使入射至被测样品10的探测光与入射至被测样品10的透射测试光反向共线传输。
[0042]作为优选，测试激光器1为激光测试激光器1，所述探测激光器13为白光光源或宽带光源。测试激光器1为激光测试激光器1，激光光源具有单色性好、输出能量可调(经过能量衰减装置2)的特点，测试激光经过长焦汇聚柱透镜后缩小至合适大小的光斑，被测样品 10的厚度小于透射测试光的瑞利长度。该探测激光器13选用白光光源或宽带光源，通过该白光光源或宽带光源可有效避免体损伤点诱导的散射光和探测光相互干涉，从而提高测量装置的测量精度和测量效率。
[0043]作为优选，入射至被测样品10上的探测光的光束直径大于入射至被测样品10上的透射测试光的光束直径，且入射至被测样品10上的探测光与入射至被测样品10上的透射测试光反向共线传播。
[0044]作为优选，测试光的瑞利长度大于被测样品10的厚度。
[0045]现阶段通常使用损伤阈值评价包含晶体在内的光学元件的抗损伤性能，但是损伤阈值自身具有概率性且容易受测试条件、测试方法、测试参数和数据处理的影响。本专利使用晶体体内针状损伤点几何尺寸分布作为评价晶体抗损伤性能的评价标准，并提出相应的测试方法和测试装置。该方法可以避免损伤阈值的缺陷。
[0046]该KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法的测量步骤如下:[〇〇47]S1、选择被测样品10
[0048]被测样品10的各个面经抛光处理，被测样品10的侧面没有划痕，被测样品10的厚度均不超过KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第二柱透镜8的焦深，判断好被测样品10的〇轴和e轴方向；
[0049]S2、选择测试环境[〇〇5〇]选择湿度小于50%RH的测试环境，将步骤S1中选出的被测样品10放在KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台9上，被测样品10放置于透射测试光的瑞利范围内，且被测样品10与三维平移台9柔性连接;调整KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第一反射镜3、第二反射镜4的角度，使测试激光器1产生的测试光以合适的方位角a传输;利用溯源标定过的能量计测量KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的光楔5的取样系数，该取样系数y为第二反射测试光的能量Er与透射测试光的能量Et之比， 即Y =Er/Et;调节显微镜14的位置，使显微镜14与被测样品10的侧面垂直；[0051 ]S3、调整测试参数
[0052]开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的探测激光器13,反复试用选择好的探测光的光强、显微镜14参数以获得较好的观察效果，并固定探测光的光强、显微镜14参数，标定显微镜14的视场、分辨率、放大倍率和景深参数；
[0053]作为优选，在开启探测激光器13后至反复试用探测光前，需对被测样品10进行单发次损伤测试，然后根据单发次损伤测试的结果调整测试参数，使显微镜14的分辨率小于被测样品10的针状损伤点的几何尺寸，使被测样品10的横向几何尺寸小于显微镜14的工作距离，使显微镜14的视场大于从侧面垂直观察测试作用区域的面积，使显微镜14的景深大于从侧面垂直观察测试光作用区域的所对应的厚度。[〇〇54]S4、损伤测试[〇〇55]固定步骤S2、S3中的参数，移动KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台9，KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的CCD相机17对被测样品10的待测区域进行拍摄，选择被测样品10上成像质量较好的区域作为测试区域，并拍摄损伤作用前的图片;开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的测试激光器1，测试激光器1产生的测试光对被测样品10选定的测试区域进行损伤测试，根据此时KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的能量计16的示数和步骤S2中的取样系数计算出透射测试光的能量Et，并拍摄损伤作用后的图片；[〇〇56]S5、测试结果处理[〇〇57]将步骤S4中得到的损伤测试前后的图片导入图像处理软件，让损伤作用后的图片减去损伤作用前的图片从而获得损伤测试效果图；根据标定好的显微镜14的分辨率、比例尺和损伤测试效果图中各个损伤点的像素大小，获得在损伤测试脉冲作用下晶体体内各个损伤点的几何尺寸;利用图像处理软件对各个损伤点的几何尺寸进行统计分析，获得在该激光参数作用下被测样品10体内的针状损伤点的几何尺寸分布。[〇〇58]作为优选，该KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置包括测试激光器1、能量衰减装置2、第一反射镜3、第二反射镜4、光楔5、第一偏振片6、半波片7、第二柱透镜8、三维平移台9、第三反射镜11、第三柱透镜12、探测激光器13、显微镜14、PC电脑15、能量计16、 C⑶相机17、第一柱透镜18和控制器19,该三维平移台9上柔性连接有被测样品10。
[0059] 测试时，开启测试激光器1，测试激光器1产生测试光，该测试光透过能量衰减装置 2后入射至第一反射镜3,并在第一反射镜3上产生反射，第一反射镜3上反射的测试光又入射至第二反射镜4，并在第二反射镜4上产生反射，第二反射镜4上反射的测试光入射至光楔 5。测试光经由光楔5后分成三束光，其中部分测试光在光楔5的第一个反射面上产生反射并形成第一反射测试光，该第一反射测试光透过第一柱透镜18后入射至CCD相机17;部分测试光在光楔5的第二个反射面上产生反射并形成第二反射测试光，第二反射测试光直接入射至能量计16;剩余的测试光在光楔5上产生透射并形成透射测试光，该透射测试光依次透射过第一偏振片6、半波片7、第二柱透镜8后入射至三维平移台9上的被测样品10上。该探测激光器13产生探测光，该探测光经第三柱透镜12后入射至第三反射镜11，探测光在第三反射镜11上产生反射，第三反射镜11上反射的探测光直接入射至三维平移台9上的被测样品10 上。该能量计16、(XD相机17、显微镜14、控制器19均与PC电脑15连接，且显微镜14的位置与三维平移台9上的被测样品10相适配，控制器19与三维平移台9连接。
[0060]作为优选，步骤S3中，在开启探测激光器13后至反复试用探测光前，需对被测样品 10进行单发次损伤测试，然后根据单发次损伤测试的结果调整测试参数，使显微镜14的分辨率小于被测样品10的针状损伤点的几何尺寸，使被测样品10的横向几何尺寸小于显微镜 14的工作距离，使显微镜14的视场大于从侧面垂直观察测试作用区域的面积，使显微镜14 的景深大于从侧面垂直观察测试光作用区域的所对应的厚度。
[0061]作为优选，步骤S2中，方位角a是指测试光入射至被测样品10时的入射角，且该方位角a小于5°。
[0062]作为优选，探测激光器为白光光源或宽带光源。
[0063]实施例1
[0064]—种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置，包括测试测试激光器1、能量衰减装置2、第一反射镜3、第二反射镜4、光楔5、第一偏振片6、半波片7、第二柱透镜8、三维平移台9、第三反射镜11、第三柱透镜12、探测激光器13、显微镜14、PC电脑15、能量计16、(XD 相机17、第一柱透镜18、控制器19和第一偏振片20;
[0065]所述测试激光器1产生的测试光依次经能量衰减装置2、第一反射镜3、第二反射镜 4后入射至光楔5，一部分测试光在光楔5前表面产生反射作用形成第一反射测试光，第一反射测试光经第一柱透镜18后成像至(XD相机17; —部分测试光在光楔5后表面产生反射作用形成第二反射测试光，第二反射测试光入射至能量计16; —部分测试光透过光楔5形成透射测试光，所述透射测试光依次经第一偏振片6、半波片7、第二柱透镜8后入射至三维平移台9 上的被测样品10;所述探测激光器13产生的探测光依次经第三柱透镜12、第三反射镜11后入射至三维平移台9上的被测样品10;所述第二偏振片20位于显微镜14与三维平移台9上的被测样品10之间，所述测试激光器1、能量计16、CCD相机17、显微镜14、控制器19均与PC电脑 15连接，所述显微镜14的位置与三维平移台9上的被测样品10相适配，所述控制器19与三维平移台9连接。
[0066]实施例2
[0067]在实施例一的基础上，入射至被测样品10的探测光与入射至被测样品10的透射测试光反向共线传输。
[0068]实施例3
[0069]在实施例一或实施例二的基础上，所述探测激光器13为白光光源或宽带光源。
[0070]实施例4
[0071]在上述实施例的基础上，入射至被测样品10上的探测光的光束直径大于入射至被测样品10上的透射测试光的光束直径，且入射至被测样品10上的探测光与入射至被测样品 10上的透射测试光反向共线传播。
[0072]实施例5
[0073]在上述实施例的基础上，所述测试光的瑞利长度大于被测样品10的厚度。
[0074]实施例6
[0075]—种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法，测量步骤如下:[〇〇76]S1、选择被测样品10
[0077]被测样品10的各个面经抛光处理，被测样品10的侧面没有划痕，被测样品10的厚度均不超过KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第二柱透镜8的焦深，判断好被测样品10的〇轴和e轴方向；[〇〇78]S2、选择测试环境[〇〇79]选择湿度小于50%RH的测试环境，将步骤S1中选出的被测样品10放在KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台9上，被测样品10放置于透射测试光的瑞利范围内，且被测样品10与三维平移台9柔性连接;调整KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第一反射镜3、第二反射镜4的角度，使测试激光器1产生的测试光以合适的方位角a传输;利用溯源标定过的能量计测量KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的光楔5的取样系数，该取样系数y为第二反射测试光的能量Er与透射测试光的能量Et之比， 即Y =Er/Et;调节显微镜14的位置，使显微镜14与被测样品10的侧面垂直；
[0080]S3、调整测试参数
[0081]开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的探测激光器13,反复试用选择好的探测光的光强、显微镜14参数以获得较好的观察效果，并固定探测光的光强、显微镜14参数，标定显微镜14的视场、分辨率、放大倍率和景深参数；[〇〇82]S4、损伤测试[〇〇83]固定步骤S2、S3中的参数，移动KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台9，KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的CCD相机17对被测样品10的待测区域进行拍摄，选择被测样品10上成像质量较好的区域作为测试区域，并拍摄损伤作用前的图片;开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的测试激光器1，测试激光器1产生的测试光对被测样品10选定的测试区域进行损伤测试，根据此时KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的能量计16的示数和步骤S2中的取样系数计算出透射测试光的能量Et，并拍摄损伤作用后的图片；[〇〇84]S5、测试结果处理[〇〇85]将步骤S4中得到的损伤测试前后的图片导入图像处理软件，让损伤作用后的图片减去损伤作用前的图片从而获得损伤测试效果图；根据标定好的显微镜14的分辨率、比例尺和损伤测试效果图中各个损伤点的像素大小，获得在损伤测试脉冲作用下晶体体内各个损伤点的几何尺寸;利用图像处理软件对各个损伤点的几何尺寸进行统计分析，获得在该激光参数作用下被测样品10体内的针状损伤点的几何尺寸分布。
[0086]实施例7
[0087]在实施例六的基础上，所述KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置包括测试测试激光器1、能量衰减装置2、第一反射镜3、第二反射镜4、光楔5、第一偏振片6、半波片 7、第二柱透镜8、三维平移台9、第三反射镜11、第三柱透镜12、探测激光器13、显微镜14、PC 电脑15、能量计16、C⑶相机17、第一柱透镜18、控制器19和第二偏振片20;
[0088]所述测试激光器1产生的测试光依次经能量衰减装置2、第一反射镜3、第二反射镜 4后入射至光楔5，一部分测试光在光楔5前表面产生反射作用形成第一反射测试光，第一反射测试光经第一柱透镜18后成像至(XD相机17; —部分测试光在光楔5后表面产生反射作用形成第二反射测试光，第二反射测试光入射至能量计16; —部分测试光透过光楔5形成透射测试光，所述透射测试光依次经第一偏振片6、半波片7、第二柱透镜8后入射至三维平移台9 上的被测样品10;所述探测激光器13产生的探测光依次经第三柱透镜12、第三反射镜11后入射至三维平移台9上的被测样品10;所述第二偏振片20位于显微镜14与三维平移台9上的被测样品10之间，所述测试激光器1、能量计16、CCD相机17、显微镜14、控制器19均与PC电脑 15连接，所述显微镜14的位置与三维平移台9上的被测样品10相适配，所述控制器19与三维平移台9连接。
[0089]入射至被测样品10的探测光与入射至被测样品10的透射测试光反向共线传输。
[0090]所述探测激光器13为白光光源或宽带光源。
[0091]入射至被测样品10上的探测光的光束直径大于入射至被测样品10上的透射测试光的光束直径，且入射至被测样品10上的探测光与入射至被测样品10上的透射测试光反向共线传播。[〇〇92]所述测试光的瑞利长度大于被测样品10的厚度。
[0093]实施例8
[0094]在实施例六或实施例七的基础上，步骤S3中，在开启探测激光器13后至反复试用探测光前，需对被测样品10进行单发次损伤测试，然后根据单发次损伤测试的结果调整测试参数，使显微镜14的分辨率小于被测样品10的针状损伤点的几何尺寸，使被测样品10的横向几何尺寸小于显微镜14的工作距离，使显微镜14的视场大于从侧面垂直观察测试作用区域的面积，使显微镜14的景深大于从侧面垂直观察测试光作用区域的所对应的厚度。
[0095]实施例9
[0096]在实施例六、实施例七或实施例八的基础上，步骤S2中，方位角a是指测试光入射至被测样品10时的入射角，且该方位角a小于5°。
[0097]实施例10
[0098]在实施例六、实施例七、实施例八或实施例九的基础上，所述探测激光器13为白光光源或宽带光源。
[0099]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置，其特征在于:包括测试测试激光器(I)、能量衰减装置(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、光楔(5)、第一偏振片(6)、半波片(7)、第二柱透镜(8)、三维平移台(9)、第三反射镜(11)、第三柱透镜(12)、探测激光器(13)、显微镜(14)、PC电脑(15)、能量计(16)、CCD相机(17)、第一柱透镜(18)、控制器(19)和第一偏振片(20)； 所述测试激光器(I)产生的测试光依次经能量衰减装置(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)后入射至光楔(5)，一部分测试光在光楔(5)前表面产生反射作用形成第一反射测试光，第一反射测试光经第一柱透镜(18)后成像至CCD相机(17); 一部分测试光在光楔(5)后表面产生反射作用形成第二反射测试光，第二反射测试光入射至能量计(16);—部分测试光透过光楔(5)形成透射测试光，所述透射测试光依次经第一偏振片(6)、半波片(7)、第二柱透镜(8)后入射至三维平移台(9)上的被测样品(10);所述探测激光器(13)产生的探测光依次经第三柱透镜(12)、第三反射镜(11)后入射至三维平移台(9)上的被测样品(10);所述第二偏振片(20)位于显微镜(14)与三维平移台(9)上的被测样品(10)之间，所述测试激光器(I)、能量计(16)、CCD相机(17)、显微镜(14)、控制器(19)均与PC电脑(15)连接，所述显微镜(14)的位置与三维平移台(9)上的被测样品(10)相适配，所述控制器(19)与三维平移台(9)连接。2.如权利要求1所述的一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置，其特征在于:入射至被测样品(10)的探测光与入射至被测样品(10)的透射测试光反向共线传输。3.如权利要求1所述的一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置，其特征在于:所述探测激光器(13)为白光光源或宽带光源。4.如权利要求1所述的一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置，其特征在于:入射至被测样品(10)上的探测光的光束直径大于入射至被测样品(10)上的透射测试光的光束直径，且入射至被测样品(10)上的探测光与入射至被测样品(10)上的透射测试光反向共线传播。5.如权利要求1所述的一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置，其特征在于:所述测试光的瑞利长度大于被测样品(10)的厚度。6.一种KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法，其特征在于，测量步骤如下: 51、选择被测样品(10) 被测样品(10)的各个面经抛光处理，被测样品(10)的侧面没有划痕，被测样品(10)的厚度不超过KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第二柱透镜(8)的焦深，判断好被测样品(10)的ο轴和e轴方向； 52、选择测试环境 选择湿度小于40%RH的测试环境，将步骤SI中选出的被测样品(10)放在KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台(9)上，被测样品(10)放置于第二柱透镜(8)的瑞利范围内，且被测样品(10)与三维平移台(9)柔性连接;调整KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的第一反射镜(3)、第二反射镜(4)的角度，使测试激光器(I)产生的测试光以合适的方位角α传输;利用溯源标定过的能量计测量KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的光楔(5)的取样系数，该取样系数γ为第二反射测试光的能量Er与透射测试光的能量Et之比，即γ =Er/Et;调节显微镜(14)的位置，使显微镜(14)与被测样品(10)的侧面垂直； 53、调整测试参数 开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的探测激光器(13)，反复试用选择好的探测光的光强、显微镜(14)参数以获得较好的观察效果，并固定探测光的光强、显微镜(14)参数，标定显微镜(14)的视场、分辨率、放大倍率和景深参数； 54、损伤测试 固定步骤S2、S3中的参数，移动KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的三维平移台(9)，KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的CCD相机(17)对被测样品(10)的待测区域进行拍摄，选择被测样品(10)上成像质量较好的区域作为测试区域，并拍摄损伤作用前的图片;开启KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置中的测试激光器(I)，测试激光器(I)产生的测试光对被测样品(10)选定的测试区域进行损伤测试，根据此时KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置的能量计(16)的示数和步骤S2中的取样系数计算出透射测试光的能量Et，并拍摄损伤作用后的图片； 55、测试结果处理 将步骤S4中得到的损伤测试前后的图片导入图像处理软件，让损伤作用后的图片减去损伤作用前的图片从而获得损伤测试效果图；根据标定好的显微镜(14)的分辨率、比例尺和损伤测试效果图中各个损伤点的像素大小，获得在损伤测试脉冲作用下晶体体内各个损伤点的几何尺寸;利用图像处理软件对各个损伤点的几何尺寸进行统计分析，获得在该激光参数作用下被测样品(10)体内的针状损伤点的几何尺寸分布。7.如权利要求6所述的KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法，其特征在于，所述KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量装置包括测试测试激光器(I)、能量衰减装置(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、光楔(5)、第一偏振片(6)、半波片(7)、第二柱透镜(8)、三维平移台(9)、第三反射镜(11)、第三柱透镜(I2)、探测激光器(I3)、显微镜(I4)、PC电脑(15)、能量计(16)、CCD相机(17)、第一柱透镜(18)、控制器(19)和第二偏振片(20); 所述测试激光器(I)产生的测试光依次经能量衰减装置(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)后入射至光楔(5)，一部分测试光在光楔(5)前表面产生反射作用形成第一反射测试光，第一反射测试光经第一柱透镜(18)后成像至CCD相机(17); 一部分测试光在光楔(5)后表面产生反射作用形成第二反射测试光，第二反射测试光入射至能量计(16);—部分测试光透过光楔(5)形成透射测试光，所述透射测试光依次经第一偏振片(6)、半波片(7)、第二柱透镜(8)后入射至三维平移台(9)上的被测样品(10);所述探测激光器(13)产生的探测光依次经第三柱透镜(12)、第三反射镜(11)后入射至三维平移台(9)上的被测样品(10);所述第二偏振片(20)位于显微镜(14)与三维平移台(9)上的被测样品(10)之间，所述测试激光器(I)、能量计(16)、CCD相机(17)、显微镜(14)、控制器(19)均与PC电脑(15)连接，所述显微镜(14)的位置与三维平移台(9)上的被测样品(10)相适配，所述控制器(19)与三维平移台(9)连接。8.如权利要求6所述的KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法，其特征在于，步骤S3中，在开启探测激光器(13)后至反复试用探测光前，需对被测样品(10)进行单发次损伤测试，然后根据单发次损伤测试的结果调整测试参数，使显微镜(14)的分辨率小于被测样品(10)的针状损伤点的几何尺寸，使被测样品(10)的横向几何尺寸小于显微镜(14)的工作距离，使显微镜(14)的视场大于从侧面垂直观察测试作用区域的面积，使显微镜(14)的景深大于从侧面垂直观察测试光作用区域的所对应的厚度。9.如权利要求6所述的KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法，其特征在于，步骤S2中，方位角α是指测试光入射至被测样品(10)时的入射角，且该方位角α小于5°。10.如权利要求6所述的KDP晶体针状损伤点几何尺寸分布的测量方法，其特征在于:所述探测激光器(13)为白光光源或宽带光源。
【文档编号】G01N21/88GK105973897SQ201610414569
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】郑垠波, 丁磊, 周信达, 巴荣声, 袁静, 徐洪磊, 那进, 李亚军, 姜宏振, 张霖, 杨晓瑜, 柴立群, 陈波
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心