专利名称：一种等离子体产生诱因识别方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件抗激光损伤性能的测试方法，尤其是涉及一种等离子体产生诱因识别方法。
背景技术：
高反射激光薄膜是高功率激光系统中的关键元件，为了深入研究高反射激光薄膜的损伤机制、准确评价薄膜的抗激光损伤能力，需要不断地发展和完善激光损伤阈值的测量技术，提高损伤阈值的测量精度和准确度，从而指导高反射薄膜制备工艺的优化和改进。目前，在损伤阈值测量过程中，为更加客观的反应薄膜的宏观激光损伤性能，通常选取尽可能大的测量区域，因此光栅扫描激光损伤阈值测量方式近年来被广泛采用。测量中，一般采用工作频率为IOHz的脉冲式Nd = YAG激光器，通过对扫描间隔和扫描轨迹的调节，可以对较大面积的样品表面进行覆盖，并对出现的损伤点的坐标和位置进行记录，留作后期的损伤生长测量。高反射激光薄膜的损伤机制决定了在测量过程中，薄膜中的缺陷和表面污染物在一定能量下会吸收激光并产生宽光谱分布的等离子体，等离子体将进一步吸收同一脉冲下的后续激光并逐渐扩大，这一过程将持续微秒至毫秒尺度，对于实时监测样品是否发生损伤的光电探测器或高速相机而言，都将形成一个的强信号区或曝光饱和区，从而极大的影响损伤的判断。当前，一般是采用多路探测信号方式，通过在高速相机前添加窄带滤光片来降低等离子体产生时宽光谱的强光进入高速相机，以确保拍摄到有效图像；同时，用一路光电信号实时监测散射信号，当散射信号显著增强时，由此确定激光损伤的发生或等离子体的产生。然而，多路探测过程中，难以将光电信号和高速相机的信息完全同步，因此无法获得等离子体产生的准确位置，更无法区分等离子体的成因是薄膜缺陷还是表面污染物。而等离子体信息是研究高反射激光薄膜损伤机制的重要信息和线索，因此，需要在激光损伤阈值测量中记录等离子体产生的位置并对其成因进行分析。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种判定简单、准确的等离子体产生诱因识别方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现—种等离子体产生诱因识别方法，该方法用于高反射激光薄膜损伤阈值测量中，所述的损伤阈值测量的装置包括用于发射泵浦激光的泵浦激光器、用于带动被测样品移动的电动平移台、照明电源和实时监测并获取被测样品图像的损伤监控组件，所述的损伤监控组件包括在线显微镜和外触发式相机，所述的识别方法具体包括以下步骤I)将被测样品固定在电动平移台，电动平移台控制被测样品做光栅轨迹移动，在线显微镜对准泵浦激光辐照被测样品的位置；
2)泵浦激光器辐照前，外触发式相机通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集，将第(x，y)张图片标记为Ntlxy,图片中缺陷点的局部坐标记为Ncij^ab，全局坐标记SNcixy，其中，a和b为缺陷点在第(x，y)张图片中的局部坐标，X和Y为以第(1，1)张图片的左上角为原点、缺陷点在整个测量区域的全局坐标；3)泵浦激光器辐照被测样品，外触发式相机再次通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集，将将第(x，y)张图片标记为Nlxy，图片中缺陷点的局部坐标记
为Nlxy_ab，全局坐标记为Nixy ；4)判断是否发生等离子体闪光，若是，则执行步骤6)，若否，则执行步骤5)；5)比较每个X和y位置下的图片Ntlxy和Nlxy的差异，判定样品是否发生损伤，执行 步骤7)；6)在发生等离子体闪光的第(x，y)张图片上，比较激光未辐照前的Ntlj^ab位置与激光辐照后的第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的Nlxy_ab位置的差异，识别等离子体产生的诱因；7)电动平移台控制被测样品，回到初始坐标位置；8)提升泵浦激光能量，重复步骤3)-步骤7)，实现被测样品相同区域在泵浦激光不同能量辐照下的测量。所述的对被测样品的每个位置进行图片采集具体为泵浦激光器发送外触发信号控制电动平移台作光栅轨迹移动，电动平移台接收到外触发信号后移动到下一个测量点并立即停止；泵浦激光器发送外触发信号控制外触发式相机通过在线显微镜对电动平移台每次停止时的被测样品进行拍照，采集图片。所述的步骤5)具体为51)当Ntlj^ab位置存在缺陷点、Nlxy_ab位置也存在缺陷点、且超过尺寸容差时，判定样品发生损伤，损伤由原始缺陷点引起；52)当Ntlj^ab位置存在缺陷点、Nlxy_ab位置不存在缺陷点时，判定原始缺陷点为表面污染物；53)当Ntlj^ab位置不存在缺陷点、Nlxrab位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤；54)当Ntlj^ab位置不存在缺陷点、Nlxy_ab位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，损伤由其它因素引起。所述的步骤6)中判定等离子体产生的诱因的具体方法为61)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置存在缺陷点，且与对应的Ncixy位置缺陷相比小于尺寸容差时，判定样品未发生损伤，等离子体由原始缺陷点引起；62)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置存在缺陷点，与对应的Ncixy位置缺陷相比大于尺寸容差时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由原始缺陷点引起；63)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由表面污染引起；
64)当NQxy_ab位置不存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由其它因素引起；65)当NQxy_ab位置不存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由其它因素引起。所述的其它因素包括纳米尺度结构缺陷和杂质。所述的泵浦激光器的工作频率是10Hz，所述的泵浦激光器外触发信号的输出频率是10Hz，所述的电动平移台的移动频率是10Hz，所述的外触发式相机的拍照频率是10Hz，所述的泵浦激光器辐照被测样品的区域面积小于图片面积的1/2。与现有技术相比，本发明利用在线显微镜对被测样品在泵浦激光辐照前后的图像进行拍摄，对图片中缺陷点位置设定图片局部坐标和扫描区域的全局坐标，当等离子体产生时，通过比较等离子体产生位置之前和之后图片的差异，能够实现对初始缺陷、表面污染和其它因素诱导等离子体产生的判定。
图1为损伤阈值测量装置的结构示意图；图2为本发明方法的流程示意图；图3为被测样品在电动平移台控制下的运行轨迹示意图；图4(a)为激光辐照后，被测样品的第(x，y)张图片；图4(b)为激光辐照后，被测样品的第(x+1，y)张图片。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例一种等离子体产生诱因识别方法，该方法用于高反射激光薄膜损伤阈值测量中，如图1所示，损伤阈值测量的装置包括用于发射泵浦激光的泵浦激光器I、用于带动被测样品2移动的电动平移台3、照明电源4和实时监测并获取被测样品图像的损伤监控组件，所述的损伤监控组件包括在线显微镜6和外触发式相机5。如图2所示，所述的识别方法具体包括以下步骤在步骤SlOl中，将被测样品固定在电动平移台，电动平移台控制被测样品做光栅轨迹移动，在线显微镜对准泵浦激光辐照被测样品的位置；如图3所示，电动平移台X方向总的移动距离为Sx，移动间隔为Dx,y方向总的移动距离为Sy，移动间隔为Dy，移动间隔Dx和Dy由泵浦激光的光斑直径决定，每个测试点只作用一个脉冲激光，总测量点的数目为N，N = (Sx/Dx) X (Sy/Dy)。在步骤sl02中，泵浦激光器辐照前，外触发式相机通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集，具体步骤为泵浦激光器发送外触发信号控制电动平移台作光栅轨迹移动，电动平移台接收到外触发信号后移动到下一个测量点并立即停止，每次移动的间隔为Dx或Dy，一般为0. 2mm ；泵浦激光器发送外触发信号控制外触发式相机通过在线显微镜对电动平移台每次停止时的被测样品进行拍照，采集图片。将第(X，y)张图片标记为Ntlxy,图片中缺陷点的局部坐标记为N^ab,全局坐标记为Ncixy，其中，a和b为缺陷点在第(x，y)张图片中的局部坐标，X和Y为以第(1，1)张图片的左上角为原点、缺陷点在整个测量区域的全局坐标X= (x-1) X Dx+aY= (y-1) XDy+b。在步骤sl03中，泵浦激光器辐照被测样品，外触发式相机再次通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集，将将第(x，y)张图片标记为Nlxy，图片中缺陷点的局部坐标记为Nlxy_ab，全局坐标记为Nixy，如图4(a)、4(b)所示。其中激光辐照区域面积小于图片面积的1/2，确保等离子体产生位置为相邻图片的重叠区域。 在步骤sl04中，判断是否发生等离子体闪光，若是，则执行步骤sl06，若否，则执行步骤s 105。在步骤sl05中比较每个X和y位置下的图片Ntlxy和Nlxy的差异，判定样品是否发生损伤，执行在步骤s 107 ；判定样品是否发生损伤的具体方法为51)当Ntlj^ab位置存在缺陷点、Nlxy_ab位置也存在缺陷点、且超过尺寸容差时，判定样品发生损伤，损伤由原始缺陷点引起；52)当Ntlj^ab位置存在缺陷点、Nlxy_ab位置不存在缺陷点时，判定原始缺陷点为表面污染物；53)当Ntlj^ab位置不存在缺陷点、Nlxrab位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤；54)当Ntlj^ab位置不存在缺陷点、Nlxy_ab位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，损伤由其它因素引起。在步骤sl06中，在发生等离子体闪光的第(x，y)张图片上，比较激光未辐照前的Ncixy-^i置与激光辐照后的第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nlxy_ab位置的差异，识别等离子体产生的诱因；识别等离子体产生的诱因的具体方法为61)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置存在缺陷点，且与对应的Ncixy位置缺陷相比小于尺寸容差时，判定样品未发生损伤，等离子体由原始缺陷点引起；62)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置存在缺陷点，与对应的Ncixy位置缺陷相比大于尺寸容差时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由原始缺陷点引起；63)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由表面污染引起；64)当NQxy_ab位置不存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由其它因素引起；65)当NQxy_ab位置不存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由其它因素引起。
在步骤sl07中，电动平移台控制被测样品，回到初始坐标位置。在步骤sl08中，提升泵浦激光能量，重复步骤sl03-步骤sl07，实现被测样品相同区域在泵浦激光不同能量辐照下的测量。上述其它因素包括纳米尺度结构缺陷和杂质。本实施例中，泵浦激光器的工作频率是10Hz，所述的泵浦激光器外触发信号的输出频率是10Hz，所述的电动平移台的移动频率是10Hz，所述的外触发式相机的拍照频率是IOHz。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种等离子体产生诱因识别方法，该方法用于高反射激光薄膜损伤阈值测量中，所述的损伤阈值测量的装置包括用于发射泵浦激光的泵浦激光器、用于带动被测样品移动的电动平移台、照明电源和实时监测并获取被测样品图像的损伤监控组件，所述的损伤监控组件包括在线显微镜和外触发式相机，其特征在于，所述的识别方法具体包括以下步骤 1)将被测样品固定在电动平移台，电动平移台控制被测样品做光栅轨迹移动，在线显微镜对准泵浦激光辐照被测样品的位置； 2)泵浦激光器辐照前，外触发式相机通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集，将第(x，y)张图片标记为Ntlxy,图片中缺陷点的局部坐标记SN^ab，全局坐标记为Ncixy，其中，a和b为缺陷点在第(x，y)张图片中的局部坐标，X和Y为以第(1，1)张图片的左上角为原点、缺陷点在整个测量区域的全局坐标； 3)泵浦激光器辐照被测样品，外触发式相机再次通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集，将将第(x，y)张图片标记为Nlxy，图片中缺陷点的局部坐标记为N]_xy—ab， 全局坐标记为Nixy ； 4)判断是否发生等离子体闪光，若是，则执行步骤6)，若否，则执行步骤5)； 5)比较每个X和y位置下的图片Ntlxy和Nlxy的差异，判定样品是否发生损伤，执行步骤7)； 6)在发生等离子体闪光的第(x，y)张图片上，比较激光未辐照前的Ntlj^ab位置与激光辐照后的第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nlxy_ab位置的差异，识别等离子体产生的诱因； 7)电动平移台控制被测样品，回到初始坐标位置； 8)提升泵浦激光能量，重复步骤3)-步骤7)，实现被测样品相同区域在泵浦激光不同能量辐照下的测量。
2.根据权利要求I所述的一种等离子体产生诱因识别方法，其特征在于，所述的对被测样品的每个位置进行图片采集具体为 泵浦激光器发送外触发信号控制电动平移台作光栅轨迹移动，电动平移台接收到外触发信号后移动到下一个测量点并立即停止； 泵浦激光器发送外触发信号控制外触发式相机通过在线显微镜对电动平移台每次停止时的被测样品进行拍照，采集图片。
3.根据权利要求I所述的一种等离子体产生诱因识别方法，其特征在于，所述的步骤5)具体为 51)当Ntlj^ab位置存在缺陷点、Nlxy_ab位置也存在缺陷点、且超过尺寸容差时，判定样品发生损伤，损伤由原始缺陷点引起； 52)当N0xy_ab位置存在缺陷点、Nlxy_ab位置不存在缺陷点时，判定原始缺陷点为表面污染物； 53)当Ntlj^ab位置不存在缺陷点、Nlxy_ab位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤； 54)当Ntlj^ab位置不存在缺陷点、Nlxy_ab位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，损伤由其它因素引起。
4.根据权利要求I所述的一种等离子体产生诱因识别方法，其特征在于，所述的步骤6)中判定等离子体产生的诱因的具体方法为 61)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的Nixy位置存在缺陷点，且与对应的Ncixy位置缺陷相比小于尺寸容差时，判定样品未发生损伤，等离子体由原始缺陷点引起； 62)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+l，y)或(x，y+l)张图片的Nixy位置存在缺陷点，与对应的Ncixy位置缺陷相比大于尺寸容差时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由原始缺陷点引起； 63)当NQxy_ab位置存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的Nixy位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由表面污染引起； 64)当NQxy_ab位置不存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的Nixy位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由其它因素引起； 65)当NQxy_ab位置不存在缺陷点，Nlxy_ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的Nixy位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由其它因素引起。
5.根据权利要求3或4所述的一种等离子体产生诱因识别方法，其特征在于，所述的其它因素包括纳米尺度结构缺陷和杂质。
6.根据权利要求I所述的一种等离子体产生诱因识别方法，其特征在于，所述的泵浦激光器的工作频率是10Hz，所述的泵浦激光器外触发信号的输出频率是10Hz，所述的电动平移台的移动频率是10Hz，所述的外触发式相机的拍照频率是10Hz，所述的泵浦激光器辐照被测样品的区域面积小于图片面积的1/2。
全文摘要
本发明涉及一种等离子体产生诱因识别方法，包括将被测样品固定在电动平移台，泵浦激光器辐照前，外触发式相机通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集；泵浦激光器辐照被测样品，外触发式相机再次通过电动平移台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集；判断是否发生等离子体闪光，若是，则在发生等离子体闪光的第(x，y)张图片上，比较激光未辐照前与激光辐照后的第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的差异，判定等离子体产生的诱因；若否，则比较每个x和y位置下的图片N0xy和N1xy的差异，判定样品是否发生损伤；提升泵浦激光能量，实现不同能量的测量。与现有技术相比，本发明具有判定简单准确等优点。
文档编号G01N21/88GK102980895SQ20121048023
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者马彬, 马宏平, 张艳云, 程鑫彬, 焦宏飞, 王占山 申请人:同济大学