光斑生成装置、光学元件激光损伤阈值测试装置及方法与流程

1.本发明涉及光学元件技术领域，具体涉及一种用于光学元件激光损伤阈值测试的光斑生成装置、光学元件激光损伤阈值测试装置及光学元件激光损伤阈值测试方法。


背景技术：

2.随着高功率激光器的不断发展，对光学元件的抗激光损伤能力的要求也随之提高。对于光学元件精准的激光损伤阈值可以客观的表示光学元件的抗激光损伤能力和光学元件的品质。而想要对光学元件的激光损伤阈值进行准确的测量，则需要进行大量的测试。其中包括同一能量下的重复测试来计算损伤概率，同时需要在不同能量下进行损伤概率的统计，当损伤概率刚好为0时的能量作为阈值。用此方法测试激光损伤阈值需要耗费大量的时间、人力及物力，每个光学元件的精确测试都需要数天甚至数月的时间。


技术实现要素：

3.为解决光学元件激光损伤阈值检测效率低、时间长的问题，本技术提供一种用于光学元件激光损伤阈值测试的光斑生成装置、光学元件激光损伤阈值测试装置及光学元件激光损伤阈值测试方法，本技术提供的光斑生成装置能够一次提供不同能量及同一能量下的多个辐照的光斑，在进行光学元件的激光损伤阈值测试时，可以避免重复测试，缩短测试时间，提高测试效率。
4.本发明提供的技术方案如下：
5.本发明提供一种用于光学元件激光损伤阈值测试的光斑生成装置，包括激光器和光斑生成单元；
6.所述激光器用于发射激光光束；
7.所述光斑生成单元用于对所述激光器发射的激光光束进行处理并一次生成不同能量及同一能量多个辐照的光斑，使得通过所述光斑生成装置一次获得用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑。
8.进一步优选的，所述光斑生成单元对所述激光器发射的激光光束进行光束分束处理、光束扩束处理、以及光束透过率处理，生成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干光斑，不同半径环上的光斑的能量不同，同一半径环上的光斑能量相同。
9.进一步优选的，所述不同半径环上的光斑的能量不同，具体为：以中心由内向外，各半径环上的光斑的能量随光斑所在环的半径的增大而递减。
10.进一步优选的，同一半径环上形成有多个光斑，及不同半径环上的光斑数量相同。
11.进一步优选的，所述光斑生成单元包括分束器、扩束器、变透过率板和准直镜；
12.所述分束器用于将所述激光器发射的激光光束分束成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干个面积相等的光斑，且在同一半径环上形成多个光斑，及不同半径环上的光斑数量相同；
13.所述扩束器对分束后的光斑进行扩束，使相同半径环上的光斑发散角相同，而不
同半径环上的光斑发散角不同，以使相同半径环上的光斑以相同的入射角射入所述变透过率板，而使不同半径环上的光斑以不同的入射角射入所述变透过率板；
14.所述变透过率板对相同入射角的入射光斑具有相同的透过率，而对不同入射角的入射光斑具有不同的透过率，以使扩束后的光斑以过所述透过率板后，获得不同半径环上的光斑的能量不同，同一半径环上的光斑能量相同；
15.所述准直镜对经过所述变透过率板的光斑进行准直。
16.进一步优选的，所述扩束器使不同半径环上的光斑发散角随光斑所在环的半径的增大而增大，以使不同半径环上的光斑射入所述透过率板的入射角随光斑所在环的半径的增大而增大。
17.进一步优选的，所述变透过率板对不同半径环上的光斑的透过率随光斑入射角的增大而降低。
18.本发明还提供一种光学元件激光损伤阈值测试装置，包括光斑生成装置和激光损伤阈值计算装置；
19.所述光斑生成装置为上述的光斑生成装置，用于一次生成不同能量及同一能量多个辐照的光斑，所述光斑辐照于待测光学元件上；
20.所述激光损伤阈值计算装置用于通过所述光斑生成装置一次获得辐照于待测光学元件上的用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑，并对获得的不同能量和同一能量多个辐照的光斑逐个进行能量值计算，根据计算结果获得待测光学元件的激光损伤阈值。
21.本发明还提供一种光学元件激光损伤阈值测试方法，包括步骤：
22.通过光斑生成装置一次获得辐照于待测光学元件上的用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑，所述光斑生成装置为上述的光斑生成装置；
23.对获得的不同能量和同一能量多个辐照的光斑逐个进行能量值计算，根据计算结果获得待测光学元件的激光损伤阈值。
24.通过本发明提供的光斑生成装置能够一次提供不同能量及同一能量下的多个辐照的光斑，利用该光斑对光学元件的激光损伤阈值进行测试时，一次测量可以得到不同能量和同一能量下的多个辐照的光斑，缩短测试时间，提高测试效率；同一测试中，能量变化逐次递减，可精确直观的观测到测试结果。
附图说明
25.图1为光斑生成装置示意图；
26.图2为同时获得不同能量及同一能量多个辐照的光斑示意图；
27.图3为分束器将激光光束分束成呈环形排布的若干个面积相等的光斑示意图；
28.图4为扩束器与变透过率板配合工作示意图；
29.图5为光学元件激光损伤阈值测试装置应用示意图。
具体实施方式
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明
本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
31.实施例一：
32.本实施例提供一种用于光学元件激光损伤阈值测试的光斑生成装置，其主要设计构思是一次提供不同能量及同一能量下的多个辐照的光斑，使得对光学元件激光损伤阈值测试时，通过该光斑生成装置能够一次获得用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑；相比于现有的同一能量下的重复测试，本技术的设计构思一次测量可以得到不同能量和同一能量下的多个辐照的光斑，缩短测试时间，提高测试效率；同一测试中，能量变化逐次递减，可精确直观的观测到测试结果。下面对本技术的设计构思进行详细说明。
33.如图1所示，本实施例提供的光斑生成装置包括激光器100和光斑生成单元200，其中，激光器100用于发射激光光束；光斑生成单元200用于对激光器100发射的激光光束进行处理并一次生成不同能量及同一能量多个辐照的光斑，使得通过光斑生成装置200一次获得用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑。
34.为了实现上述设计构思，本实施例中的光斑生成单元200对激光器100发射的激光光束进行光束分束处理、光束扩束处理、以及光束透过率处理，生成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干光斑，不同半径环上的光斑的能量不同，同一半径环上的光斑能量相同，如图2所示。
35.其中，为了能同时得到不同能量的光斑，在本实施例中，不同半径环上的光斑的能量不同，具体为：以中心由内向外，各半径环上的光斑的能量随光斑所在环的半径的增大而递减。
36.进一步，在本实施例中，为了实现同一能量下具有多个辐照的光斑，在生成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干光斑中，同一半径环上形成有多个光斑，及不同半径环上的光斑数量相同。
37.如图1所示，本实施例中的光斑生成单元200具体包括分束器201、扩束器202、变透过率板203和准直镜204。
38.分束器201用于将激光器100发射的激光光束分束成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干个面积相等的光斑，且在同一半径环上形成多个光斑，及不同半径环上的光斑数量相同，如图3所示。
39.在本实施例中，分束器201是衍射光学元件；在其他实施例中，分束器201也可以是任意的分束元件，只要能实现同一半径下多点同时辐照，且不同半径下光斑数相同即可，本实施例对分束器201不作具体限定。
40.扩束器202对分束后的光斑进行扩束，使相同半径环上的光斑发散角相同，而不同半径环上的光斑发散角不同，以使相同半径环上的光斑以相同的入射角射入变透过率板203，而使不同半径环上的光斑以不同的入射角射入变透过率板203；具体的，扩束器202使不同半径环上的光斑发散角随光斑所在环的半径的增大而增大，以使不同半径环上的光斑射入透过率板203的入射角随光斑所在环的半径的增大而增大。
41.变透过率板203对相同入射角的入射光斑具有相同的透过率，而对不同入射角的
入射光斑具有不同的透过率，以使扩束后的光斑以过所述透过率板后，获得不同半径环上的光斑的能量不同，同一半径环上的光斑能量相同；具体的，变透过率板203对不同半径环上的光斑的透过率随光斑入射角的增大而降低。
42.扩束器202与变透过率板203的配合示意图如图4所示，不同半径方向下的光束入射角r1《r2《r3，则通过变透过率板203之后光线的透过率l1》l2》l3，则半径方向上的能量变化梯度由光束入射角和变透过率板203的变化率共同决定，进而可结合分束器201设计辐照到待测元件上所有点的能量分布。
43.准直镜204对经过变透过率板203的光斑进行准直，准值后的光斑分布如图2所示。
44.本实施例提供的光斑生成装置的工作原理是：激光器100发射的激光光束先经过分束器201，该分束器201将激光器发射的激光光束分束成多个面积相等的光斑，在同一半径下形成多个圆形光斑，同时在不同半径下的光斑数量保持相同，随后经过扩束器202进行扩束，使半径方向上的光斑发散角连续变化，变透过率板203用来实现光束的透过率随入射角的变化而变化，例如，光束的入射角越大透过率越低，如图4所示，不同半径方向下的光束入射角r1《r2《r3，则通过变透过率板203之后光线的透过率l1》l2》l3，则半径方向上的能量变化梯度由光束入射角和变透过率板203的变化率共同决定，进而可结合分束器201设计辐照到待测元件上所有点的能量分布，之后经过准直镜201后的形成准直的光斑分布，如图2所示，中心光斑能量最强，半径方向能量递减，且半径相同能量也相同，由此，本实施例提供的光斑生成装置能够在待测元件上可以实现不同能量及同一能量多个辐照的效果。
45.本实施例提供的光斑生成装置能够一次提供不同能量及同一能量下的多个辐照的光斑，利用该光斑对光学元件的激光损伤阈值进行测试时，一次测量可以得到不同能量和同一能量下的多个辐照的光斑，缩短测试时间，提高测试效率；同一测试中，能量变化逐次递减，可精确直观的观测到测试结果。
46.实施例二：
47.本实施例提供一种光学元件激光损伤阈值测试装置，本实施例提供的光学元件激光损伤阈值测试装置包括光斑生成装置300和激光损伤阈值计算装置。
48.其中，光斑生成装置300为实施例一所提供的光斑生成装置，用于一次生成不同能量及同一能量多个辐照的光斑，该光斑辐照于待测光学元件上。
49.具体的，如图1所示，光斑生成装置包括激光器100和光斑生成单元200，其中，激光器100用于发射激光光束；光斑生成单元200用于对激光器100发射的激光光束进行处理并一次生成不同能量及同一能量多个辐照的光斑，使得本实施例提供的光学元件激光损伤阈值测试方法能够通过光斑生成装置200一次测量获得用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑。
50.进一步，光斑生成单元200对激光器100发射的激光光束进行光束分束处理、光束扩束处理、以及光束透过率处理，生成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干光斑；为了实现同一能量下具有多个辐照的光斑，在生成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干光斑中，同一半径环上形成有多个光斑，及不同半径环上的光斑数量相同，如图2所示。
51.其中，为了能同时得到不同能量的光斑，不同半径环上的光斑的能量不同，具体为：以中心由内向外，各半径环上的光斑的能量随光斑所在环的半径的增大而递减。
52.关于光斑生成装置的具体结构及其工作原理请参考实施例一，本实施例不作赘
述。
53.激光损伤阈值计算装置用于通过光斑生成装置300一次获得辐照于待测光学元件上的用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑，并对获得的不同能量和同一能量多个辐照的光斑逐个进行能量值计算，根据计算结果获得待测光学元件的激光损伤阈值。
54.本实施例的激光损伤阈值计算装置包括能量计和光束质量分析仪，通过能量计测量待测光学元件上所呈现的不同能量和同一能量下的各个光斑的能量，通过光束质量分析仪测量待测光学元件上所呈现的不同能量和同一能量下的各个光斑的有效面积，通过测量的能量和有效面积计算光斑损伤的数量，通过损伤光斑的数量和光斑总数量计算光学元件的激光损伤阈值。
55.本实施例提供的光学元件激光损伤阈值测试装置的测试原理图如图5所示，将待测光学元件放置于光斑生成装置300的出光侧，光斑生成装置300生成不同能量及同一能量多个辐照的光斑并辐照于待测光学元件上。
56.本实施例提供的光学元件激光损伤阈值测试装置，通过光斑生成装置能够实现一次测量可以得到不同能量和同一能量下的多个辐照的光斑，缩短测试时间，提高测试效率；同一测试中，能量变化逐次递减，可精确直观的观测到测试结果。
57.实施例三：
58.本实施例提供一种光学元件激光损伤阈值测试方法，包括如下步骤：
59.s100：通过光斑生成装置一次获得辐照于待测光学元件上的用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑，该光斑生成装置为实施例一提供的光斑生成装置；
60.具体的，如图1所示，光斑生成装置包括激光器100和光斑生成单元200，其中，激光器100用于发射激光光束；光斑生成单元200用于对激光器100发射的激光光束进行处理并一次生成不同能量及同一能量多个辐照的光斑，使得本实施例提供的光学元件激光损伤阈值测试方法能够通过光斑生成装置200一次测量获得用于测试待测光学元件的激光损伤阈值所需的不同能量和同一能量多个辐照的光斑。
61.进一步，光斑生成单元200对激光器100发射的激光光束进行光束分束处理、光束扩束处理、以及光束透过率处理，生成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干光斑；为了实现同一能量下具有多个辐照的光斑，在生成呈中心分布且由内向外呈环形排布的若干光斑中，同一半径环上形成有多个光斑，及不同半径环上的光斑数量相同，如图2所示。
62.其中，为了能同时得到不同能量的光斑，不同半径环上的光斑的能量不同，具体为：以中心由内向外，各半径环上的光斑的能量随光斑所在环的半径的增大而递减。及同一半径环上形成有多个光斑，且不同半径环上的光斑数量相同。
63.关于光斑生成装置的具体结构及其工作原理请参考实施例一，本实施例不作赘述。
64.s200：对获得的不同能量和同一能量多个辐照的光斑逐个进行能量值计算，根据计算结果获得待测光学元件的激光损伤阈值。
65.在本步骤中，关于根据获得的光斑对待测光学元件的激光损伤阈值进行计算的具体技术方案是本领域技术人员所熟知的，此处不作赘述。
66.本实施例提供的光学元件激光损伤阈值测试方法，通过光斑生成装置能够实现一次测量可以得到不同能量和同一能量下的多个辐照的光斑，缩短测试时间，提高测试效率；同一测试中，能量变化逐次递减，可精确直观的观测到测试结果。
67.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。