专利名称：一种透明光学元件的快速激光预处理装置的制作方法
技术领域：
一种透明光学元件的快速激光预处理装置技术领域[0001]本实用新型涉及光学材料激光预处理领域，具体是一种透明光学元件的快速激光预处理装置。
背景技术：
[0002]在强激光及其应用过程中，光学元件的吸收特性、缺陷分布及其抗损伤能力等都是系统能否正常运行的重要因素。在目前的技术条件下，对普通工业应用的激光元件及系统，通常都是通过改进光学元件的加工工艺来提高光学元件的光学性能包括抗激光破坏能力。但是随着各种应用对激光输出能量或功率水平要求的提高，仅仅从传统的加工方法和工艺上来进行改进在技术上已经变得越来越困难，并且成本昂贵。在一些特殊应用中，如建立超大型强激光系统并且开发其应用，采用传统的加工方法和工艺已经难以满足技术要求。[0003]通过激光预处理来提高光学元件的光学性能及其激光损伤阈值是一种行之有效的方法。激光预处理技术通常是采用功率密度或能量密度略低于光学元件损伤阈值的激光束(亚阈值激光束)对光学元件进行100%覆盖的辐照处理。激光预处理过程能够有效清除光学元件表面的污染和表面、亚表面缺陷，从而提高元件的激光损伤阈值。[0004]一般在激光预处理过程中，为了达到更好的处理效果，需要采用强度依次增加的激光束对样品进行多次辐照处理，并且根据具体元件情况要对初始处理的激光强度以及所有后续处理的激光强度等进行合理的控制。此外，由于在超大型强激光系统中的光学元件的损伤阈值要求较高，因此对其进行亚阈值激光预处理需要使用较高的功率或能量密度。这样一来，利用普通工业商用激光器进行激光预处理，通常需要将光束聚焦成比较小的光斑尺寸才能满足激光亚阈值预处理所需要的激光功率或能量密度水平。[0005]超大型强激光系统中常用的透明光学元件主要有熔融石英(Fused Silica)、KDP晶体等。实际使用中，为了增加激光的透射率，会在元件的表面镀上增透膜。这样一来，元件表面污染、薄膜内的缺陷、薄膜下的基板表面和亚表面缺陷、基板材料体内缺陷等，都是潜在的降低元件激光损伤阈值的因素。因此根据具体的情况，有时需要对表面、亚表面、以及整个元件的通光体积都进行激光预处理。[0006]由于以上原因，激光预处理工艺通常既费时又昂贵，特别是对超大型强激光系统中所需要的光学元件，由于其光学口径相对很大，激光预处理技术相对更为缓慢和昂贵，变得几乎不切实际。[0007]目前可见的文献报道和专利中所采用的预处理方法通常都是把处理激光束聚焦到样品表面，对样品表面进行逐点扫描。以一个口径0.5米X 0.5米的光学元件为例，如果预处理光斑面积为是I毫米X I毫米，激光器的重复频率为10 Hz,则对其单表面全覆盖辐照一次就需费时约7个小时。如果工艺要求在5个不同能量水平进行处理，则对其单表面处理完毕将费时35个小时。如果把兀件两个表面都处理完毕,直接扫描时间将费时70小时。这通常还只是仅针对表面的预处理过程。如果要进行材料体内处理，耗时将会更长。实用新型内容[0008]本实用新型要解决的技术问题是提供一种透明光学元件的快速激光预处理装置，解决利用激光预处理技术提高大口径光学元件激光损伤阈值过程中因为耗时过长而不能满足实际使用要求的问题，本实用新型对激光能量进行回收重复利用，并且同时对光学元件前表面、后表面及体内特性进行多次辐照的并行处理，从而能够大幅提高激光预处理的速度。[0009]本实用新型的技术方案为:[0010]一种透明光学元件的快速激光预处理装置，包括有相对透明光学元件表面设置的激光光源，相对透明光学元件表面设置的一组前反射装置和相对透明光学元件背面设置的一组后反射装置。[0011]所述的一组前反射装置是由多个前反射子装置组成，每个前反射子装置是由一个或多个反射镜或反射棱镜组成；所述的一组后反射装置是由多个后反射子装置组成，每个后反射子装置是由一个或多个反射镜或反射棱镜组成。[0012]所述的透明光学元件的快速激光预处理装置还包括有依次设置于激光光源的后端和透明光学元件表面之间的激光能量调整控制装置、激光光束整形处理装置和光学分光楔板，光学分光楔板的第一反射输出端后设置有CCD成像系统，其第二反射输出端后设置有分光装置，分光装置的两分光输出端后分别设置有光电探测器和激光能量测量系统。[0013]所述的透明光学元件的快速激光预处理装置还包括有相对透明光学元件表面或背面设置的激光光束吸收装置。[0014]强激光系统中的透明光学元件，表面通常都会镀上增透膜。见图1，设定样品正面和背面的透过率都为T ;前反射装置11和后反射装置12均由多个反射子装置组成，每个反射子装置可以是一个或多个反射镜组成，或是由反射棱镜组成。以每个反射子装置由两面反射镜组成为例，每面激光高反镜的反射率都为R ;元件9本身为激光透明材料，对激光能量的吸收可以忽略不计。这样，当处理点I处的激光强度为I1,处理点I’处的激光强度为Ir =TI1，处理点2’处的光强为Iy=T2R2I1，处理点2处的强度为I2=T3R2I1，依次类推，对元件上的处理点N和N’，若N为偶数，则处理点N和N’处的激光强度分别为In =T2mR2 cn^0I1和Ir = (TR)2 ;若N为奇数，则处理点N和N’处的激光强度分别为In =(TR)2 c^I1和In,=^N-1r2(N-1)1io假设透过率和反射率都为99.95%，在处理点10处的激光强度为处理点I处的98.2%，在处 理点30处的激光强度为处理点I处的94.3% ;假设透过率和反射率为99.5%，在处理点10处的激光强度仍有处理点I处的83.1%。[0015]实际应用中N的大小决定于样品透过率以及激光反射装置的反射率，对于高透射率的光学元件，假设样品但表面透过率和激光高反镜组合的反射率都为99.95%，则前述计算表明在N=30时，该激光辐照点的激光强度还能达到初始处理点I处的94.3%，满足通常预处理激光系统对光强均匀性的要求。当N=30时，激光预处理速度已经提高到了普通方法的2N倍，即60倍。除此之外，在本实用新型中样品体内特性在扫描过程中也同时得到了处理。[0016]本实用新型的优点:[0017]采用本实用新型所述的方法进行激光预处理，当样品相对激光横向一次扫描完成后，样品9表面和背面上将同时形成N条已经处理的光斑覆盖区域(见图2)。而普通的不采用能量回收的激光预处理装置通常只聚焦在一个表面，样品相对激光横向扫描一次完成后，激光只在样品的一个表面上形成一条已经处理的光斑覆盖区域。可见，采用本实用新型所述方法，可以使预处理的速度提高到普通方法的2N倍；除此之外，在本实用新型中样品体内特性在扫描过程中也同时得到了处理。
[0018]图1是本实用新型的原理示意图。[0019]图2是本实用新型的处理后的透明光学元件表面的结构示意图。[0020]图3是本实用新型具体实施方式
中透明光学元件的快速激光预处理装置的结构示意图。
具体实施方式
[0021]见图3，一种透明光学元件的快速激光预处理装置，包括有相对被处理的透明光学元件9表面设置的激光光源1，依次设置于激光光源I后端和透明光学元件9表面之间的激光能量调整控制装置2、激光光束整形处理装置3和光学分光楔板4，设置于光学分光楔板4第一反射输出端后的CCD成像系统5,设置于光学分光楔板4第二反射输出端后的分光装置6，分别设置于分光装置6两分光输出端后的激光能量测量系统7和光电探测器8，相对被处理的透明光学元件9表面设置的一组前反射装置11和相对透明光学元件9背面设置的一组后反射装置12，相对透明光学元件背面设置的激光光束吸收装置13。[0022]一种透明光学元件的快速激光预处理方法，包括以下步骤:[0023]( I )、由激光光源I发出的激光光束依次经过激光能量调整控制装置2和激光光束整形处理装置3，激光能量调整控制装置2和激光光束整形处理装置3对施加在透明光学元件上的激光强度和光束形态进行精确控制；[0024](2 )、由激光光束整形处理装置3出射的光束经光学分光楔板4分成能量较小的两束反射光束和一束能量较大的透射光束；[0025](3)、第一束反射光束进入CXD成像系统5，用来对激光光束进行光束质量监测，第二束反射光束由分光装置6分成两束光，其中一束光进入激光能量测量系统7，用来对激光光束的能量进行监测，另一束光则进入光电探测器8，用以对激光脉冲进行脉冲性状的监测，同时也对脉冲数量进行计数和对激光预处理系统进行其他控制；[0026](4)、透过光学分光楔板4的激光束入射到被处理的透明光学元件9表面的处理点I并透过样品从样品背面的处理点I’出射，这样就对样品表面的处理点I和I’以及两点之间样品内部激光束经过的区域都进行了辐照预处理；然后从透明光学元件9背面处理点I’出射的激光光束经过后反射装置12反射后，照射到样品背面的处理点2’并再次透过透明光学元件9，由透明光学元件9表面的处理点2出射，同样的，激光光束对处理点2和2’以及两点之间样品内部激光束经过的区域也都进行了辐照预处理，从透明光学元件9表面处理点2出射后的激光光束再经前反射装置11反射后再次照射到被处理样品表面上的处理点3 ;如此类推，预处理激光光束经前反射装置和后反射装置的相互反射作用，多次经过被处理样品，对被处理元件表面的N个处理点、背面的N个处理点和元件内部相应的两个处理点之间预处理光束经过的区域均进行了辐照预处理，其中，N ^ I ；[0027](5)、经过样品背面 第N’个处理点后的激光光束由激光吸收装置13吸收。
权利要求1.一种透明光学元件的快速激光预处理装置，包括有相对透明光学元件表面设置的激光光源，其特征在于:还包括有相对透明光学元件表面设置的一组前反射装置和相对透明光学元件背面设置的一组后反射装置。
2.根据权利要求1所述的一种透明光学元件的快速激光预处理装置，其特征在于:所述的一组前反射装置是由多个前反射子装置组成，每个前反射子装置是由一个或多个反射镜或反射棱镜组成；所述的一组后反射装置是由多个后反射子装置组成，每个后反射子装置是由一个或多个反射镜或反射棱镜组成。
3.根据权利要求1所述的一种透明光学元件的快速激光预处理装置，其特征在于:所述的透明光学元件的快速激光预处理装置还包括有依次设置于激光光源的后端和透明光学元件表面之间的激光能量调整控制装置、激光光束整形处理装置和光学分光楔板，光学分光楔板的第一反射输出端后设置有CCD成像系统，其第二反射输出端后设置有分光装置，分光装置的两分光输出端后分别设置有光电探测器和激光能量测量系统。
4.根据权利要求1所述的一种透明光学元件的快速激光预处理装置，其特征在于:所述的透明光学元件的快速激光预处理装置还包括有相对透明光学元件表面或背面设置的激光光束吸收装置。
专利摘要本实用新型公开了一种透明光学元件的快速激光预处理装置，具体是相对透明光学元件的表面和背面各设置一系列反射装置，预处理激光光束入射到透明光学元件表面并穿透待处理样品后从待处理样品背面出射，出射后的激光光束经后反射装置反射后再次照射到被处理样品背面上并穿透待处理样品后从待处理样品表面出射；如此类推，预处理激光光束经前反射装置和后反射装置的相互反射作用，使预处理激光光束多次经过透明光学元件，对元件的表面、背面和内部均进行并行的多次辐照预处理，从而大幅度提高透明光学元件激光预处理速度。本实用新型可以用于光学表面及亚表面缺陷修复、体内特性激光处理等多个领域，特别适用于对大口径透明光学元件进行快速激光预处理以提高其抗激光破坏能力。
文档编号B23K26/42GK202984912SQ20122069776
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者吴周令, 陈坚, 吴令奇 申请人:合肥知常光电科技有限公司