一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，属于光学元件吸收缺陷的损伤特性测试领域。所述光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统包括光热弱吸收测试装置、损伤测试光源以及损伤监测显微镜。所述光热弱吸收测试装置用于测试待测光学元件的吸收缺陷对泵浦光的吸收值。所述损伤测试光源用于发出损伤测试激光作用于所述待测光学元件的所述吸收缺陷处。所述损伤监测显微镜用于获取所述待测光学元件的所述吸收缺陷在所述损伤测试激光的作用下的损伤特性。因此，本实用新型可以有效地实现对待测光学元件吸收缺陷的损伤性能的表征，进而获得待测光学元件的吸收缺陷的吸收水平与损伤特性的定量关系。
【专利说明】
一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及光学元件吸收缺陷的损伤特性测试领域，具体而言，涉及一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统。
【背景技术】
[0002]生长、制造或加工过程引入的吸收型缺陷是导致光学元件发生激光损伤的主要原因。吸收缺陷并非一种，而是所有对入射激光具有吸收能力的缺陷的总称。吸收性缺陷的吸收水平高于材料的本征吸收值。由于光学元件的吸收缺陷尺度很小，一般在微米量级，不容易被探测到，导致对吸收缺陷进行损伤测试的难度较大。因此，虽然吸收型缺陷引发激光损伤已获学界认可，但缺陷吸收水平与其损伤性能的关系尚不明确。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，有效地改善了上述问题。
[0004]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:
[0005]本实用新型实施例提供了一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，包括光热弱吸收测试装置、损伤测试光源以及损伤监测显微镜。所述光热弱吸收测试装置用于测试待测光学元件的吸收缺陷点对栗浦光的吸收值。所述损伤测试光源用于发出损伤测试激光作用于所述待测光学元件的所述吸收缺陷点处。所述损伤监测显微镜用于获取所述待测光学元件的所述吸收缺陷点在所述损伤测试激光的作用下的损伤特性。
[0006]优选的，所述光热弱吸收测试装置包括离轴抛物镜、样品台、探测器、探测光源及栗浦光源，所述待测光学元件安装在所述样品台上，所述样品台用于调节所述待测光学元件的位置。所述探测光源用于发出探测光聚焦于所述待测光学元件的所述吸收缺陷点处。所述离轴抛物镜用于将所述栗浦光源发出的栗浦光以及所述损伤测试光源发出的损伤测试激光均聚焦于所述吸收缺陷点处。所述探测器用于接收并分析透过所述待测光学元件的探测光得到所述待测光学元件的吸收缺陷对所述栗浦光的吸收值。
[0007]优选的，所述光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统还包括光束耦合镜。所述栗浦光源发出的栗浦光及所述损伤测试光源发出的损伤测试激光均通过所述光束耦合镜入射到所述离轴抛物镜，经所述离轴抛物镜反射后聚焦到所述待测光学元件的吸收缺陷点处。其中，入射到所述离轴抛物镜的所述栗浦光的光轴与入射到所述离轴抛物镜的所述损伤测试激光的光轴均与预设光轴重合，且所述预设光轴与所述离轴抛物镜的光轴重合或平行。
[0008]优选的，所述探测光源包括激光器和扩束整形构件，所述激光器发出的探测光经过所述扩束整形构件的扩束整形处理后聚焦到所述待测光学元件的吸收缺陷处。
[0009]优选的，所述光热弱吸收测试装置还包括反射镜，所述反射镜设置于所述扩束整形构件与所述样品台之间，所述反射镜用于将经过所述扩束整形构件扩束整形后的探测光反射到所述待测光学元件的吸收缺陷处聚焦。
[0010]优选的，所述激光器为氦氖激光器。
[0011]优选的，所述探测器包括滤波构件、光电探测器、信号放大电路及数据处理构件。所述滤波构件、所述光电探测器、所述信号放大电路及所述数据处理构件依次耦合。透过所述待测光学元件的探测光依次经过所述滤波构件的滤波处理后进入所述光电探测器，经所述光电探测器转换为电信号，所述电信号经所述信号放大电路放大后进入所述数据处理构件。
[0012]优选的，所述滤波构件包括会聚透镜和光阑，由所述待测光学元件出射的探测光，依次经过所述会聚透镜和所述光阑后入射到所述光电探测器。
[0013]优选的，所述信号放大电路为锁相放大器。
[0014]优选的，所述探测器还包括滤光构件，所述滤光构件设置在所述待测光学元件与所述滤波构件之间。
[0015]本实用新型实施例提供的光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，一方面可以通过光热弱吸收装置探测待测光学元件的吸收缺陷的具体位置，进而通过损伤测试激光及损伤监测显微镜对吸收缺陷的损伤性能进行表征；另一方面，可以通过光热弱吸收装置分别测得待测光学元件的多个吸收缺陷的吸收水平，并通过损伤测试激光及损伤监测显微镜分别测得所述多个吸收缺陷的损伤性能，从而获得待测光学元件的吸收缺陷的吸收水平与损伤性能的定量关系。
[0016]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】
[0017]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。
[0018]图1示出了本实用新型实施例提供的一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统的结构示意图；
[0019]图2示出了本实用新型实施例提供的另一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统的结构示意图。
[0020]图中，附图标记分别为:
[0021 ]栗浦光源110 ；损伤测试光源120;探测光源130;合束装置140;扩束整形构件150;样品台160;待测光学元件170;探测器180;滤波构件181;光电探测器182;信号放大电路183;数据处理构件184;损伤监测显微镜190;反射镜210;光束耦合镜220;离轴抛物镜230。
【具体实施方式】
[0022]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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0023]由于光学元件的吸收缺陷尺度很小，一般在微米量级，不容易被探测到，导致对吸收缺陷进行损伤测试的难度较大。因此，虽然吸收型缺陷引发激光损伤已获学界认可，但缺陷吸收水平与其损伤性能的关系尚不明确。鉴于此，本实用新型实施例提供了一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，能够有效地实现光学元件吸收缺陷的损伤特性的表征。
[0024]如图1所示，本实用新型实施例提供一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统。所述表征光学元件吸收缺陷损伤特性的系统包括光热弱吸收测试装置、损伤测试光源120以及损伤监测显微镜190。其中，光热弱吸收测试装置用于测试待测光学元件170的吸收缺陷对栗浦光的吸收值。所述损伤测试光源120用于发出损伤测试激光作用于所述待测光学元件170的所述吸收缺陷处。所述损伤监测显微镜190用于获取所述待测光学元件170的所述吸收缺陷在所述损伤测试激光的作用下的损伤特性。
[0025]例如，光热弱吸收测试装置可以包括栗浦光源110、探测光源130、样品台160和探测器180。其中，样品台160用于放置待测光学元件170并调节待测光学元件170的位置。栗浦光源110发出的栗浦光聚焦于待测光学元件170的预设待测点处，探测光源130发出的探测光也聚焦于所述预设待测点处。通过探测器180探测透过待测光学元件170的探测光的强度分布，从而分析得到所述预设待测点处待测光学元件170对栗浦光的吸收值。将所述预设待测点处待测光学元件170对栗浦光的吸收值与所述待测光学元件170的本征吸收值比较。当所述预设待测点处待测光学元件170对栗浦光的吸收值高于所述待测光学元件170的本征吸收值时，判定该预设待测点为吸收缺陷，获取该吸收缺陷对栗浦光的吸收值。
[0026]进一步的，关闭栗浦光源110，将损伤监测显微镜190聚焦于光热弱吸收测试装置所探测到的吸收缺陷处。需要说明的是，本实施例中，探测光为可见光。一方面探测光可以用于定位待测光学元件170的吸收缺陷的位置，以便于损伤监测显微镜190能够较准确的聚焦到吸收缺陷处。另一方面，当损伤监测显微镜190为非自带光源的显微镜时，探测光可以作为损伤监测显微镜190的光源。开启损伤测试光源120，损伤测试光源120发出的损伤测试激光也聚焦于所探测到的吸收缺陷处。例如，可以预先通过合束装置140将损伤测试光源120发出的损伤测试激光与栗浦光合束，使得损伤测试激光与栗浦光的光轴重合，再通过扩束整形构件150使得合束后的损伤测试激光与栗浦光均聚焦于同一位置处，进而可以实现损伤测试激光也聚焦于所探测到的吸收缺陷处。通过光学元件的损伤测试流程，即改变损伤测试光源120发出的损伤测试激光的能量，通过损伤监测显微镜190观察待测光学元件170的该吸收缺陷的损伤情况，从而获得该吸收缺陷的损伤阈值和损伤图像。
[0027]当所述预设待测点处待测光学元件170对栗浦光的吸收值小于或等于所述待测光学元件170的本征吸收值时，则判定该预设待测点非吸收缺陷，则通过样品台160调节待测光学元件170的位置，继续对下一个预设待测点进行探测，以查找所述待测光学元件170的其它吸收缺陷的位置，并分别测得其它吸收缺陷的吸收水平、损伤阈值及损伤图像。
[0028]根据上述测试过程分别测得待测光学元件170的多个吸收缺陷的吸收水平、损伤阈值及损伤图像，获得待测光学元件170吸收缺陷的吸收水平与损伤特性的定量关系。因此，在光学元件的材料与加工工艺确定的情况下，获得该光学元件吸收缺陷的吸收水平与损伤特性的关系后，对于相同材料且相同加工工艺下制成的光学元件，可以根据测量该光学元件吸收缺陷的吸收水平判断吸收缺陷的损伤特性。
[0029]因此，本实用新型实施例提供的光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，一方面可以通过光热弱吸收装置探测待测光学元件170的吸收缺陷的具体位置，进而通过损伤测试激光及损伤监测显微镜190对吸收缺陷的损伤性能进行表征;另一方面，可以通过光热弱吸收装置分别测得待测光学元件170的多个吸收缺陷的吸收水平，并通过损伤测试激光及损伤监测显微镜190分别测得所述多个吸收缺陷的损伤性能，从而获得待测光学元件170的吸收缺陷的吸收水平与损伤性能的定量关系。
[0030]优选的，本实施例中，损伤监测显微镜190为放大倍数超过50倍的光学显微镜。例如，损伤监测显微镜190可以为相衬显微镜、激光诱导荧光显微镜等。
[0031]此外，如图2所示，本实用新型还提供了另一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，包括损伤测试光源120、损伤监测显微镜190和光热弱吸收测试装置，且所述光热弱吸收测试装置包括离轴抛物镜230、样品台160、探测器180、探测光源130及栗浦光源110。所述待测光学元件170安装在所述样品台160上，所述样品台160用于调节所述待测光学元件170的位置。
[0032]栗浦光源110发出的栗浦光入射到离轴抛物镜230，经过离轴抛物镜230反射后聚焦于待测光学元件170的预设待测点处，探测光源130发出的探测光也聚焦于所述预设待测点处。通过探测器180探测透过待测光学元件170的探测光的强度分布，从而分析得到所述预设待测点处待测光学元件170对栗浦光的吸收值。并根据所述预设待测点处待测光学元件170对栗浦光的吸收值判断该预设待测点是否为待测光学元件170的吸收缺陷。
[0033]当判定该预设待测点为吸收缺陷时，关闭栗浦光源110，将损伤监测显微镜190聚焦于所探测到的待测光学元件170的吸收缺陷处。开启损伤测试光源120，损伤测试光源120发出的损伤测试激光也入射到离轴抛物镜230，通过离轴抛物镜230反射后聚焦于所探测到的吸收缺陷处。需要说明的是，入射到离轴抛物镜230的栗浦光的光轴与入射到离轴抛物镜230的损伤测试激光的光轴均与预设光轴重合。其中，所述预设光轴与离轴抛物镜230的光轴重合或平行。通过光学元件的损伤测试流程，即改变损伤测试光源120发出的损伤测试激光的能量，通过损伤监测显微镜190观察待测光学元件170的该吸收缺陷的损伤情况，从而获得该吸收缺陷的损伤阈值和损伤图像。
[0034]因此，本实用新型实施例提供的另一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统也可以获得光学元件吸收缺陷的损伤阈值和损伤图像，有效地实现了对光学元件吸收缺陷的损伤性能的表征。
[0035]需要说明的是，本实施例中，预设待测点可以设置在待测光学元件170的表面，也可以设置在待测光学元件170的内部，即本系统可以实现待测光学元件170的表面及内部吸收缺陷的损伤性能表征，进而获得待测光学元件170的吸收缺陷的吸收水平与损伤特性的定量关系。
[0036]为了使得入射到离轴抛物镜230的栗浦光的光轴与入射到离轴抛物镜230的损伤测试激光的光轴均与预设光轴重合，所述光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统还包括光束耦合镜220。所述栗浦光源110发出的栗浦光及所述损伤测试光源120发出的损伤测试激光均通过所述光束耦合镜220入射到所述离轴抛物镜230。本实施例中，光束耦合镜220可以优先采用合束镜，当然，也可以采用其它合束装置。
[0037]具体的，探测光源130可以包括激光器和扩束整形构件150。激光器发出的探测光经过扩束整形构件150的扩束整形处理后聚焦到所述待测光学元件170的吸收缺陷处。其中，扩束整形构件150具体用于将激光器发出的探测器180进行扩束、会聚处理，以减小聚焦到待测光学元件170上的探测光的光斑面积。优选的，所述激光器可以采用氦氖激光器。
[0038]进一步的，为了优化本实用新型实施例提供的光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统的结构布局，所述光热弱吸收测试装置还包括反射镜210。反射镜210设置于整形会聚器件与所述样品台160之间，所述反射镜210用于将经过整形会聚器件整形会聚处理后的探测光反射到所述待测光学元件170的吸收缺陷处聚焦。
[0039]具体的，本实施例中，探测器180可以包括滤波构件181、光电探测器182、信号放大电路183及数据处理构件184。滤波构件181、光电探测器182、信号放大电路183及数据处理构件184依次耦合。透过所述待测光学元件170的探测光依次经过滤波构件181的滤波处理后进入光电探测器182，经光电探测器182转换为电信号，所述电信号经信号放大电路183放大后进入数据处理构件184。
[0040]信号放大电路183用于对光电探测器182输出的电信号进行放大，以便于后续分析。例如，所述信号放大电路183可以为锁相放大器、Boxcar积分器等。当信号放大电路183为锁相放大器时，探测器180还包括光学斩波器。所述光学斩波器用于为锁相放大器提供参考信号。滤波构件181可以包括会聚透镜和光阑，由所述待测光学元件170出射的探测光，依次经过会聚透镜和光阑后入射到光电探测器182。数据处理构件184用于对信号方法电路的输出结果进行分析以得到预设待测点处待测光学元件170对栗浦光的吸收值。例如，数据处理构件184可以是电脑等具有数据处理功能的硬件结构。
[0041]此外，为了避免入射到光电探测器182中的探测光中混杂有除探测光之外的其他杂散光，探测器180还可以包括滤光构件。所述滤光构件设置在所述待测光学元件170与滤波构件181之间，用于滤除探测光之外的杂散光，例如，所述滤光构件可以包括中心波长与探测光波长一致的滤光片。
[0042]本实施例中，样品台160可以为三维手动调节平移台，也可以是三维电动平移台，可以在相互垂直的三个方向上移动。为了提高测试精度，优选的，样品台160采用三维电动平移台，其移动距离和移动方向均通过电脑控制，最小移动步长优选为I微米或百纳米。高精密样品台160有助于实现光热弱吸收测试装置对待测光学元件170吸收缺陷的高分辨探测。
[0043]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0044]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种光学元件吸收缺陷损伤特性的测试系统，其特征在于，包括光热弱吸收测试装置、损伤测试光源以及损伤监测显微镜； 所述光热弱吸收测试装置用于测试待测光学元件的吸收缺陷对栗浦光的吸收值； 所述损伤测试光源用于发出损伤测试激光作用于所述待测光学元件的所述吸收缺陷处； 所述损伤监测显微镜用于获取所述待测光学元件的所述吸收缺陷在所述损伤测试激光的作用下的损伤特性。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光热弱吸收测试装置包括离轴抛物镜、样品台、探测器、探测光源及栗浦光源，所述待测光学元件安装在所述样品台上，所述样品台用于调节所述待测光学元件的位置； 所述探测光源用于发出探测光聚焦于所述待测光学元件的所述吸收缺陷处； 所述离轴抛物镜用于将所述栗浦光源发出的栗浦光以及所述损伤测试光源发出的损伤测试激光均聚焦于所述吸收缺陷处； 所述探测器用于接收并分析透过所述待测光学元件的探测光得到所述待测光学元件的吸收缺陷对所述栗浦光的吸收值。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光束耦合镜，所述栗浦光源发出的栗浦光及所述损伤测试光源发出的损伤测试激光均通过所述光束耦合镜入射到所述离轴抛物镜，经所述离轴抛物镜反射后聚焦到所述待测光学元件的吸收缺陷处，其中，入射到所述离轴抛物镜的所述栗浦光的光轴与入射到所述离轴抛物镜的所述损伤测试激光的光轴均与预设光轴重合，且所述预设光轴与所述离轴抛物镜的光轴重合或平行。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述探测光源包括激光器和扩束整形构件，所述激光器发出的探测光经过所述扩束整形构件的扩束整形处理后聚焦到所述待测光学元件的吸收缺陷处。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光热弱吸收测试装置还包括反射镜，所述反射镜设置于所述扩束整形构件与所述样品台之间，所述反射镜用于将经过所述扩束整形构件扩束整形后的探测光反射到所述待测光学元件的吸收缺陷处聚焦。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述激光器为氦氖激光器。7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述探测器包括滤波构件、光电探测器、信号放大电路及数据处理构件，所述滤波构件、所述光电探测器、所述信号放大电路及所述数据处理构件依次耦合，透过所述待测光学元件的探测光依次经过所述滤波构件的滤波处理后进入所述光电探测器，经所述光电探测器转换为电信号，所述电信号经所述信号放大电路放大后进入所述数据处理构件。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述滤波构件包括会聚透镜和光阑，由所述待测光学元件出射的探测光，依次经过所述会聚透镜和所述光阑后入射到所述光电探测器。9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号放大电路为锁相放大器。10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述探测器还包括滤光构件，所述滤光构件设置在所述待测光学元件与所述滤波构件之间。
【文档编号】G01M11/02GK205538723SQ201620345947
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月21日
【发明人】王凤蕊, 刘红婕, 耿锋, 黄进, 蒋晓东, 李青芝, 叶鑫, 孙来喜, 周晓燕
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心