专利名称：晶体材料光吸收系数的测量方法
技术领域：
本发明涉及光吸收系数测量领域，特别是一种晶体材料光吸收系数的测量方法。
背景技术：
在神光III工程中，倍频器件和电光开关是大功率激光器的关键部件，而大尺寸优质KDP晶体又是倍频器件和电光开关的关键材料；其材料质量、元件加工质量都很大程度影响装置最终指标的实现。大口径晶体在生产过程中由于材料纯度、生产工艺等原因，会产生绿带等杂质，影响晶体的光吸收均勻性，从而影响晶体的频率转换效率；导致晶体内部热吸收不均勻，产生较大的变形；致使三倍频出射光能量不均勻，无法估计总体的效率及到达靶点的能量；因此研究激光晶体材料的光吸收系数对激光输出及频率转换效率的影响具有重要的指导意义和应用价值。1986年，杨学志等人在中华人民共和国机械行业标准中发表了一种光学晶体光吸收系数测量方法，该干法通过当光束垂直入射光学晶体时，出射光强与入射光强满足下式
公式h/oO —,其中‘力入射光强，4为入射光强，fc为光学晶体的白光吸收系数，
I为光通过晶体的路程、为晶体的反射系数；通过测量晶体对光的透过率及晶体长度，代入上述公式可以算出晶体的吸收系数；但该方法测量精度不高，无法满足现在测量晶体材料吸收系数的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量精度高，设计合理，各部件加工方便的晶体材料光吸收系数的测量方法。实现本发明目的的技术解决方案为
一种晶体材料光吸收系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1、将高功率的抽运光入射到晶体表面，使其产生热形变； 步骤2、用干涉仪发射出一个标准平面波，平面波通过被抽运激光作用的晶体表面后， 经平面反射镜将平面波按原路反射回来，再次经过晶体表面后进入干涉仪，并与标准平面波相遇发生干涉，得到干涉图；其中干涉仪与晶体角度和平面反射镜与晶体角度相同。步骤3、根据干涉图，通过相位解包算法得到晶体表面的热形变量，通过建立晶体热形变与吸收系数的理论模型得到晶体的吸收系数。实现本发明的原理是本发明从分析晶体热效应机理出发，通过建立符合实际工作条件的热模型和边界条件，利用半解析分析方法得到热形变量h与其吸收系数α的关系，再运用干涉仪测量晶体的热形变量，即可以得到晶体的吸收系数。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于
1、采用干涉仪进行高精度的热形变测量，进而得到高精度的晶体吸收系数。2、可以满足各种不同口径晶体的吸收系数的测量要求。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是晶体材料光吸收系数的测量方法流程图。图2是抽运激光照射晶体的变形模型图。图3是菲索干涉仪测量示意图。图4是晶体材料光吸收系数的测量方法示意图。
具体实施例方式结合图1，测量晶体材料光吸收系数的方法，步骤如下
步骤1 结合图2，抽运激光装置1由抽运激光器和样品组成。抽运激光装置1位于晶体2的正上方垂直照射。当抽运激光照射晶体时，晶体2会吸收激光的能量，其中的绝大部分能量转换为晶体2的热变形，形变量h与晶的属性及其吸收系数有关。为此建立了晶体热形变与其吸收系数的理论模型，该理论模型是在一些假设条件上建立的，这些条件为1) 晶体采用侧向热沉，假定晶体侧面温度保持不变；幻热流线径向假设由于晶体热沉的导热系数远远大于晶体，使得晶体轴向热流远小于径向热流，故可认为在晶体中只存在径向热流；3)由于晶体端面与空气对流散热及辐射散热都很小，忽略端面散热。如果上述条件有所变化，那所推导的物理模型要进行相应的改善才能满足。所以该理论模型的好坏直接影响着吸收系数的测量精度。因此，要通过对单端泵浦晶体的分析，建立符合工作条件下激光晶体的动态温场模型，并通过热传导方程和边界条件，得出了激光晶体内部温度场的半解析解，同时分析各种参量对温度场的影响，再由温度场分布得到晶体单面的形变量，进而推导出晶体吸收系数与形变量的动态关系模型。步骤2 结合图3，干涉测量装置主要是由菲索干涉仪5和平面反射镜4组成。抽运激光照射晶体产生热形变，菲索干涉仪5的出射平行光以45度角照射在热形变区，反射光线经与晶体2成45度角放置的平面反射镜4后重新照射到热形变区，再次反射后与菲索干涉仪的参考光形成干涉，通过(XD6接收得到干涉条纹。由于干涉系统和被测晶体2端面是呈45度角的斜入射状态，与传统的正入射测量时得到的光程差与矢高的关系有不同之处。假设平面反射镜4是不含面形误差的，h为晶体2面形的矢高大小，1为由待测晶体2引起的光程差变化，则光程差与矢高的关系为
I = Ak cos θ
其中θ为入射角(45° )
步骤3、由CCD6采集得到的干涉条纹，通过相位解包算法，得出光程差，通过上式关系即可测得晶体2形变的矢高大小。下面必须建立晶体2热形变即矢高与吸收系数的关系
由热传导理论可知，在温度场稳态条件下，晶体2内每单位体积热源功率为
权利要求
1.一种晶体材料光吸收系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、将高功率的抽运光入射到晶体(2)表面，使其产生热形变；步骤2、用干涉仪发射出一个标准平面波，平面波通过被抽运激光作用的晶体(2)表面后，经平面反射镜(4)将平面波按原路反射回来，再次经过晶体(2)表面后进入干涉仪(5)， 并与标准平面波相遇发生干涉，得到干涉图；其中干涉仪与晶体(2)的角度和平面反射镜 (4)与晶体(2)的角度相同；步骤3、根据干涉图，通过相位解包算法得到晶体(2)表面的热形变量，通过建立晶体热形变与吸收系数的理论模型得到晶体的吸收系数。
2.根据权利要求1所述的一种晶体材料光吸收系数的测量方法，其特征在于，步骤1中的抽运激光装置(1)架设在一个稳定平台上，并向下照射晶体表面；由于采用了高功率连续激光照射，晶体(2)会吸收激光的能量，其中的绝大部分能量转换为晶体的热变形。
3.根据权利要求1所述的一种晶体材料光吸收系数的测量方法，其特征在于，步骤2中的干涉仪与晶体表面成45度放置，平行光入射晶体变形表面，经晶体(2)反射后入射到平面反射镜(4)，此平面反射镜(4)与晶体(2)也成45度放置，由于变形量很小，我们可以近似认为光线是按原路返回而没有反生偏转，并再次入射到晶体(2)表面后，反射后的出射光与参考光进行干涉，并通过CXD (6)采集得到的干涉条纹。
4.根据权利要求1所述的一种晶体材料光吸收系数的测量方法，其特征在于，步骤3通过编写的相位解包程序可以得到晶体表面的形变量，根据公式
5.根据权利要求1所述的一种晶体材料光吸收系数的测量方法，其特征在于，步骤一所述的干涉仪可以是菲索干涉仪(5 )。
6.根据权利要求3所述的一种晶体材料光吸收系数的测量方法，其特征在于，干涉仪与晶体(2)角度和平面反射镜(4)与晶体(2)角度也可以为其他角度。
全文摘要
本发明涉及光吸收系数测量领域，特别是一种晶体材料光吸收系数的测量方法；抽运激光照射装置起到了热变透镜效应中激励光的作用，通过高功率的抽运光入射到晶体表面，使其产生热形变；干涉仪发射出一个标准平面波其通过被抽运激光作用的晶体表面后，平面反射镜将标准平面波按原路反射回来，这时干涉仪接收到是携带有两次晶体表面形貌信息的波阵面，利用相位解包算法算出因抽运光的照射引起的晶体表面形变量，通过公式算出晶体材料的光吸收系数；本发明设计原理科学，设计合理，各部件加工方便，测量精度高。
文档编号G01N21/45GK102435583SQ20111025419
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者何勇, 张志聪, 朱日宏, 李建欣, 沈华, 王青, 陈磊, 高志山, 黄亚 申请人:南京理工大学