专利名称：钕玻璃包边剩余反射的检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及钕玻璃检测技术，尤其是一种钕玻璃包边剩余反射检测装置及检测方法。
背景技术：
钕玻璃作为激光材料应用非常广泛，具有吸收光谱范围大，吸收系数大，荧光寿命高，受激发射截面大，并且为四能级系统，具有良好的光谱性能，非常适合作为激光材料。钕玻璃具有良好成熟的熔制工艺，能够制造各种规格尺寸的产品，特别是超大尺寸钕玻璃目
前是高功率激光系统最成熟可靠的放大介质，广泛应用于国际上各种高功率激光装置，例如美国的国家点火装置，我国的神光工程等。钕玻璃作为放大工作介质时，受激自发辐射(简称ASE)会严重影响放大增益，降低放大效率，增加激光装置成本。将钕玻璃除通光面的其它四个侧面通过胶合的方式接上吸收激光波长的玻璃，破坏钕玻璃ASE放大过程，称为钕玻璃包边。通过钕玻璃包边，可以极大地降低钕玻璃ASE对放大增益的影响，基本消除ASE影响。在钕玻璃包边中，钕玻璃、胶合层和包边玻璃之间折射率匹配度是影响钕玻璃包边降低ASE的关键，衡量钕玻璃包边质量的最重要参数。准确测量钕玻璃包边的折射率匹配度对准确评价钕玻璃包边质量尤为重要。目前还没有评价钕玻璃包边折射率匹配度的专利，本发明根据菲涅尔定律，提出通过测量钕玻璃与胶合层界面反射和包边玻璃与胶合层界面反射综合结果来表征钕玻璃包边折射率匹配度，其中钕玻璃与胶合层界面反射以及包边玻璃与胶合层界面反射总和称为钕玻璃包边剩余反射。通过测量钕玻璃包边剩余反射能够直接、客观的反映钕玻璃包边折射率匹配度，定量评价钕玻璃包边质量，具有非常重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度测量钕玻璃包边剩余反射的检测装置及检测方法。该装置应具有结构简单，使用方便，测量精度高，成本低的特点。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为待测的包边钕玻璃，由钕玻璃、胶合层、包边玻璃三部分组成,其中钕玻璃做成等腰三角形块，以下我们简称为样品。—种钕玻璃包边剩余反射率的检测装置，特点在于该装置包括第一激光器，沿该激光器的输出激光方向依次是光束整形透镜组、分光镜、样品、在分光镜的反射光方向是激光强度探测器，在所述的样品的包边剩余反射光方向设置剩余反射光探测器，所述的激光强度探测器和剩余反射光探测器的输出端接数据处理系统的输入端，所述的光束整形透镜组和分束镜都安装在能水平和俯仰进行转动的调整架上，所述的样品安装在能够水平任意旋转的样品台上，且该平台能够进行俯仰和水平调整。在所述的第一激光器和光束整形透镜组之间设有与光路成45°的全反镜插口，供全反镜的插设，以引入其它波长激光器的激光进行测量。
所述的样品由钕玻璃、胶合层和包边玻璃组成，其中钕玻璃加工成等腰三角块，两底角相等，底角为钕玻璃包边剩余反射入射角，两等腰面均抛光，光洁度P IV级以上，光圈小于O. 5.胶合层一般小于200微米，包边玻璃厚度小于20_，钕玻璃和包边玻璃通过胶合
层紧密结合在一起。所述激光强度探测器和剩余反射探测器均为点探测器，且激光强度探测器响应灵敏度与激光器输出激光强度匹配，剩余反射探测器响应灵敏度与钕玻璃包边剩余反射强度相匹配，两者之比一般不大于10_4。使用所述的检测装置对钕玻璃剩余反射率的检测方法，其特点在于它包括以下步骤①调节第一激光器、光束整形透镜组、分光镜、激光强度探测器和剩余反射探测器，使得激光光束位于它们的中心且同轴；②调整光束整形透镜组，降低激光输出发散角；③启动第一激光器，使得输出激光保持稳定；④调整样品位置，使激光垂直入射到等腰三角形样品的等腰边，使入射到包边界面的入射角为底角Θ ；⑤开始测量，读取激光强度探测器(7)和剩余反射探测器(9)的能量值El和E2，；⑥利用下列公式计算剩余反射率R ( Θ ):聯)—=^，其中R为垂直入射到钕玻璃表面的反射率R= (^f)2 ,η为钕玻璃折射率，s为分束镜分光比。通过加工具有入射角的底角的等腰三角形的包边钕玻璃三角块，以测量不同入射角的包边剩余反射率。所述的激光光源波长为400nm到IlOOnm之间，工作模式连续或脉冲均可。所述的样品由钕玻璃、胶合层、包边玻璃三部分组成，其中钕玻璃做成等腰三角块，顶角正对着为包边面。本发明的优点在于I、采用双光路结构可有效减小能量起伏带来的影响；2、样品根据实际情况设计，能够测量不同角度，不同胶合层和不同包边玻璃的钕玻璃包边剩余反射；3、具有全反镜插入机构，可引入其它波长激光器进行测量；4、剩余反射测器响应灵敏度高，并且激光器输出能量高，因此能够高精度测量微小的钕玻璃包边剩余反射。5、采用数据处理系统，能够快速自动测量，减少人为误差。6、该装置结构简单，使用方便，成本低，非常实用。
图I为本发明检测装置的结构示意图。图2为本发明样品结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。如图I所示，本发明钕玻璃包边剩余反射率检测装置，包括第一激光器I、其它波长激光器2、全反镜3、光束整形透镜组4、分光镜5、样品6、激光强度探测器7、数据处理系统8和剩余反射探测器9。其中其它波长激光器2和全反镜3用虚线示意，表明这两部分平时不需要，需要时再加上。样品6如图2所示，包括钕玻璃A、胶合层B和包边玻璃C，钕玻璃和包边玻璃通过胶合层相互连接。样品6放在能够旋转角度且能够左右和俯仰转动调节的样品台上，激光强度探测器7和剩余反射探测器9均与数据处理系统8相连接。以下结合图1，对使用上述检测装置进行钕玻璃包边剩余反射检测的方法具体介绍如下样品6为完成包边的钕玻璃，见图2，包括钕玻璃A、胶合层B和包边玻璃C，钕玻璃A光学质量优良，无条纹气泡，做成等腰三角块，底角Θ，两等腰面为激光通光面，两面抛光，光洁度P IV以上，光圈小于O. 5。胶合层B —般厚度小于200微米，包边玻璃C厚度一般小于20mm。第一激光器I通常波长为1053nm，单次或重频均可，如需其它波长激光器2通过全反镜3引入。激光强度探测器7响应灵敏度与激光器I输出激光强度匹配，剩余反射探测器9的灵敏度与钕玻璃包边剩余反射强度匹配，两者之比一般不大于10_4，最好达到10_6甚至10_7。分光镜5分光比最好不小于1:9，保证绝大部分激光作为钕玻璃包边剩余反射的入射光。激光强度探测器7和剩余反射探测器9的感光区域应大于激光器输出光场直径，且激光强度探测器7和剩余反射探测器9必须响应激光波长。第一激光器I通过光束整形透镜组4整形后，激光发散角在IOmrad以内。使用所述的检测装置对钕玻璃剩余反射率的检测方法，包括以下步骤①调节第一激光器、光束整形透镜组、分光镜、激光强度探测器和剩余反射探测器，使得激光光束位于它们的中心且同轴；②调整光束整形透镜组，降低激光输出发散角；③启动第一激光器，预热30分钟后，通过激光强度探测器7测量，检查激光输出，使输出激光保持稳定；④调整样品位置，使激光垂直入射到等腰三角形样品的等腰边，使入射到包边界面的入射角为底角Θ ；⑤开始测量，读取激光强度探测器(7)和剩余反射探测器(9)的能量值El和E2，将激光强度探测器7和剩余反射探测器9上探测到的信号送入数据处理系统8，；⑥数据处理系统8利用下列公式计算剩余反射率R ( Θ ):卿、—=營^，其中R为垂直入射到钕玻璃表面的反射率R=(贫)2，η为钕玻璃折射率，s为分束镜分光比。更换其它波长激光器2，在测量光路中放入全反镜3将激光器2引入，重复上述步骤，即可测量不同波长激光的钕玻璃包边剩余反射；钕玻璃包边剩余反射可以用不同入射角来表征，本发明充分考虑实际情况，将样品6的底角Θ根据需要的入射角加工，然后进行测量可得到需要入射角度的钕玻璃包边剩余反射。实验表明，本发明具有结构简单、使用方便、测量精度高的特点。
权利要求
1.一种钕玻璃包边剩余反射率的检测装置，特征在于该装置包括第一激光器(I)，沿该激光器的输出激光方向依次是光束整形透镜组(4)、分光镜(5)、样品(6)、在分光镜(5)的反射光方向是激光强度探测器(7)、在所述的样品(6)的包边剩余反射光方向设置剩余反射光探测器(9)，所述的激光强度探测器(7)和剩余反射光探测器(9)的输出端接数据处理系统(8)的输入端，所述的光束整形透镜组和分束镜都安装在能水平和俯仰进行转动的调整架上，所述的样品安装在能够水平任意旋转的样品台上，且该平台能够进行俯仰和水平调整。
2.根据权利要求I所述的钕玻璃包边剩余反射率的检测装置，其特征在于，在所述的第一激光器(I)和光束整形透镜组(4)之间设有与光路成45°的全反镜插口，供全反镜(3)的插设，以引入其它波长激光器(2)的激光进行测量。
3.根据权利要求I所述的钕玻璃包边剩余反射的检测装置，其特征在于所述的样品由钕玻璃、胶合层和包边玻璃组成，其中钕玻璃加工成等腰三角块，两底角相等，底角为钕玻璃包边剩余反射入射角，两等腰面均抛光，光洁度PIV级以上，光圈小于O. 5.胶合层一般小于200微米，包边玻璃厚度小于20_，钕玻璃和包边玻璃通过胶合层紧密结合在一起。
4.根据权利要求I所述的钕玻璃包边剩余反射的检测装置，其特征在于所述激光强度探测器和剩余反射探测器均为点探测器，且激光强度探测器响应灵敏度与激光器输出激光强度匹配，剩余反射探测器响应灵敏度与钕玻璃包边剩余反射强度相匹配，两者之比一般不大于10_4。
5.使用权利要求I所述的检测装置对钕玻璃剩余反射率的检测方法，其特征在于它包括以下步骤 ①调节第一激光器、光束整形透镜组、分光镜、激光强度探测器和剩余反射探测器，使得激光光束位于它们的中心且同轴； ②调整光束整形透镜组，降低激光输出发散角； ③启动第一激光器，使得输出激光保持稳定； ④调整样品位置，使激光垂直入射到等腰三角形样品的等腰边，使入射到包边界面的入射角为底角Θ ; ⑤开始测量，读取激光强度探测器(7)和剩余反射探测器(9)的能量值El和E2，； ⑥利用下列公式计算剩余反射率R( Θ ): m— i /2 r ,l\u ^residual 一/:1 ， 其中R为垂直入射到钕玻璃表面的反射率I =，η为钕玻璃折射率，s为分束镜分光比。
6.根据权利要求5所述的钕玻璃包边剩余反射的检测方法，其特征在于通过加工具有入射角的底角的等腰三角形的包边钕玻璃三角块，以测量不同入射角的包边剩余反射率。
全文摘要
一种钕玻璃包边剩余反射的检测装置及检测方法，该检测装置包括第一激光器，沿该激光器的输出激光方向依次是光束整形透镜组、分光镜、样品、在分光镜的反射光方向是激光强度探测器，在所述的样品的包边剩余反射光方向设置剩余反射光探测器，所述的激光强度探测器和剩余反射光探测器的输出端接数据处理系统的输入端。本发明具有结构简单、使用方便、测量精度高的特点。
文档编号G01N21/55GK102818788SQ20121026214
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者李顺光, 李夏, 陈伟, 胡丽丽 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所