采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置和方法

采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置和方法
【专利摘要】一种采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置和方法，该测试装置包括ASE光源、能量衰减器、λ/2波片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一平凸透镜、平凹透镜、楔形取样镜、供待测光学元件设置的样品平台、小孔光阑、第二平凸透镜、能量计、CCD探测器和计算机，本发明能减少辐照光源由于光束的干涉和衍射造成的光场起伏，能够准确评估光学元件表面的损伤阈值。
【专利说明】采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学元件，特别是一种采用放大的自发辐射光源测试光学元件损伤的 装置和方法。

【背景技术】
[0002] 随着激光技术的发展和激光器功率水平的提高，对光学元件抗激光破坏能力的要 求也越来越高。因此预估光学元件的抗激光破坏能力是必不可少的程序，提高损伤测试的 精度具有重要的研究意义。
[0003] 在光学元件的损伤阈值测试中，一般采用激光束作为测试光源，观察光学元件在 激光作用下性能或者结构发生的变化，并获得元件在发生临界损伤时入射激光束的能量密 度，包括损伤判定和阈值测试。前者根据样品种类，制备方法及测试条件等因素的影响，常 采用相衬显微镜观测法，散射光检测法，等离子体闪光法，全息法及热光偏转法等手段研究 损伤后的形貌。在进行阈值测试时，为了提高测试的准确性，一般采取多个点测试，可分为 如下四种方法：l-〇n_l，s-on-1，n-on-1，r-on-1，而损伤阈值的定义又分为两种，即零损伤 概率阈值和50%损伤概率阈值。以上实验手段对损伤阈值测试精度的改善集中于损伤形貌 判定，测试光源对光学元件损伤的作用方式及阈值计算等，但是尚未有相关技术方案以准 确评估光学元件的损伤阈值为目的，针对辐照光源的光场均匀性进行研究和改进。
[0004] 如果测试光源的光场分布不均匀，即光通量在光束横截面上具有起伏，光学元件 就会在能量密度最大的光束辐照区域最先形成损伤，但是统计能量密度时一般无法准确获 得该区域的能量数据。
[0005] 激光作为光学元件损伤测试的光源，由于其完全相干性，当通过一系列光学平板 如透镜，衰减片，取样和分光平板时，在光学元件的两个表面之间反射的激光束迭加在一起 会产生干涉条纹。这些干涉条纹所造成的场分布扰动在非线性传播中将以指数率增长，并 导致介质自聚焦。而且激光的单色性也会导致其在传输过程中由于材料的不均匀，灰尘颗 粒以及硬边光阑等形成衍射，产生光场分布的高频调制。
[0006] 与单色光相比，宽频带光束的光强调制对比度更小，光强分布中的调制峰的强度 和个数随着带宽的增加而减小，当宽频光束的带宽取一定值，光束能实现光滑分布。所以为 了提高测试光源的辐照均匀度，可以采取增加光源的频带宽度，降低其时间、空间相干性等 手段来减少由于光束的干涉和衍射造成的空间光场起伏。
[0007] 理论和实验表明，部分相干光的频谱越宽，发散角越大，越有利于均匀照明。放大 的自发辐射（ASE)是产生部分相干光的一种方法。放大的自发辐射是介于激光与荧光之间 的一种过渡状态。由于集居数反转的程度尚未达到振荡阈值，激光振荡没有形成，它具有光 滑的时间分布，均勻的远场分布和低相干度，但是又与突光状态分布不同，具有很小的发散 角，较小的脉冲长度和单一的偏振态。采用ASE光束作为光学元件损伤阈值测试的辐照光 源，能提高测试光源的辐照均匀度，从而准确评估光学元件表面的损伤阈值。


【发明内容】

[0008] 本发明提供一种采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置和方法，采用 放大的自发辐射光源测试光学元件表面损伤，能减少辐照光源由于光束的干涉和衍射造成 的光场起伏，从而准确评估光学元件表面的损伤阈值。
[0009] 本发明的技术解决方案如下：
[0010] 一种采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置，特点在于该装置包括 ASE光源、能量衰减器、λ /2波片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一 平凸透镜、平凹透镜、楔形取样镜、供待测光学元件设置的样品平台、小孔光阑、第二平凸透 镜、能量计、CCD探测器和计算机，沿所述的ASE光源的激光输出方向依次是所述的能量衰 减器、λ /2波片、第一高反镜、第四高反镜、第一平凸透镜、平凹透镜、楔形取样镜和待测光 学元件，在所述的楔形取样镜的反射光方向分别设有第二高反镜和第三高反镜，在第二高 反镜的反射光方向是所述的CCD探测器，在第三高反镜的反射光方向依次是所述的小孔光 阑、第二平凸透镜和能量计，所述的计算机的输出端与所述的样品平台的控制端相连，所述 的CCD探测器的输出端与所述的计算机的第一输入端相连，所述的能量计的输出端与所述 的计算机的第二输入端相连，所述的计算机具有采集光场分布和光束能量的软件以及控制 样品平台的驱动软件。
[0011] 利用上述测试装置对光学元件损伤的测试方法，该方法包括下列步骤：
[0012] ①将待测光学元件置于待测样品平台上，在计算机的软件界面设置待测样品的移 动步长、每行测试点数m及行数η ;
[0013] ②所述的ASE光源辐照测试点时采用1-on-l的方法：所述的计算机驱动所述的 ASE光源对对测试点辐照一个光脉冲，所述的CCD探测器记录光场分布和所述的能量计记 录ASE光源能量大小送入所述的计算机存储；所述的计算机驱动待测样品平台控制待测光 学元件沿X的方向移动一个步长，保持辐照的能量密度相等地进行辐照测量，直至第i = 1 行中m个测试点辐照完；
[0014] ③辐照完一行测试点后，减小ASE光源的能量密度，计算机控制样品沿着Y方向移 动一个步长，重复步骤②，继续辐照另一行的m个测试点；
[0015] ④重复步骤③，直到样品表面某行m个点均未发现有损伤；
[0016] ⑤计算机统计每行测试点产生损伤的点数，计算每行测试点损伤几率，即损伤几 率=损伤点数/受福照点数m ;
[0017] ⑥计算机以ASE能量密度为横轴，损伤几率为纵轴，生成损伤几率与激光能量密 度对应的分布图，通过拟合出零损伤几率，计算并显示被测样品的ASE损伤阈值。
[0018] 本发明的技术效果：
[0019] 本发明采用ASE光源测试光学元件表面损伤，能减少辐照光源由于光束的干涉和 衍射造成的光场起伏，从而准确评估光学元件表面的损伤阈值。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 图1是本发明采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置框图。

【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范 围。
[0022] 2、先请参阅图1，图1是本发明采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装 置框图。由图可见，本发明采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置，该装置包括 ASE光源1、能量衰减器2、λ /2波片3、第一反射镜4、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反 射镜7、第一平凸透镜8、平凹透镜9、楔形取样镜10、供待测光学元件设置的样品平台11、 小孔光阑12、第二平凸透镜13、能量计14、（XD探测器15和计算机16,沿所述的ASE光源 1的激光输出方向依次是所述的能量衰减器2、λ /2波片3、第一高反镜4、第四高反镜7、第 一平凸透镜8、平凹透镜9、楔形取样镜10和待测光学元件，在所述的楔形取样镜10的反射 光方向分别设有第二高反镜5和第三高反镜6,在第二高反镜5的反射光方向是所述的CCD 探测器15,在第三高反镜6的反射光方向依次是所述的小孔光阑12、第二平凸透镜13和能 量计14,所述的计算机16的输出端与所述的样品平台11的控制端相连，所述的CCD探测器 15的输出端与所述的计算机16的第一输入端相连，所述的能量计14的输出端与所述的计 算机16的第二输入端相连，所述的计算机16具有采集光场分布和光束能量的软件以及控 制样品平台11的驱动软件。
[0023] 利用上述装置对光学元件损伤的测试方法，该方法包括下列步骤：
[0024] ①将待测光学元件置于待测样品平台11上，在计算机的软件界面设置待测样品 的移动步长、每行测试点数m及行数η ;
[0025] ②所述的ASE光源1辐照测试点时采用1-on-l的方法：所述的计算机16驱动所 述的ASE光源1对一个测试点辐照一个光脉冲，所述的CCD探测器15记录光场分布和所述 的能量计14记录ASE光源能量大小送入所述的计算机14存储；所述的计算机驱动待测样 品平台11控制待测光学元件沿X的方向移动一个步长，保持辐照的能量密度相等地进行辐 照测量，直至第i = 1行中m个测试点辐照完；
[0026] ③辐照完一行测试点后，减小ASE光源的能量密度，计算机控制样品沿着Y方向移 动一个步长，重复步骤②，继续辐照另一行的m个测试点；
[0027] ④重复步骤③，直到样品表面某行m个点均未发现有损伤；
[0028] ⑤计算机统计每行测试点产生损伤的点数，计算每行测试点损伤几率，即损伤几 率=损伤点数/受福照点数m ;
[0029] ⑥计算机以ASE能量密度为横轴，损伤几率为纵轴，生成损伤几率与激光能量密 度对应的分布图，通过拟合出零损伤几率，计算并显示被测样品的ASE损伤阈值。
【权利要求】
1. 一种采用放大自发辐射光源测试光学元件损伤阈值装置，特征在于该装置包括ASE 光源（1)、能量衰减器（2)、λ/2波片（3)、第一反射镜（4)、第二反射镜（5)、第三反射镜 (6)、第四反射镜（7)、第一平凸透镜（8)、平凹透镜（9)、楔形取样镜（10)、供待测光学元件 设置的样品平台（11)、小孔光阑（12)、第二平凸透镜（13)、能量计（14)、(XD探测器（15)和 计算机（16)，沿所述的ASE光源（1)的激光输出方向依次是所述的能量衰减器（2)、λ/2 波片（3)、第一高反镜（4)、第四高反镜（7)、第一平凸透镜（8)、平凹透镜（9)、楔形取样镜 (10)和待测光学兀件，在所述的楔形取样镜（10)的反射光方向分别设有第二高反镜（5)和 第三高反镜（6)，在第二高反镜（5)的反射光方向是所述的CCD探测器（15)，在第三高反镜 (6)的反射光方向依次是所述的小孔光阑（12)、第二平凸透镜（13)和能量计（14)，所述的 计算机（16)的输出端与所述的样品平台（11)的控制端相连，所述的CCD探测器（15)的输 出端与所述的计算机（16)的第一输入端相连，所述的能量计（14)的输出端与所述的计算 机（16)的第二输入端相连，所述的计算机（16)具有采集光场分布和光束能量的软件以及 控制样品平台（11)的驱动软件。
2. 利用权利要求1所述的装置对光学元件损伤的测试方法，其特征在于该方法包括下 列步骤： ① 将待测光学元件置于待测样品平台（11)上，在计算机的软件界面设置待测样品的移 动步长、每行测试点数m及行数η ; ② 所述的ASE光源（1)辐照测试点时采用1-on-l的方法：所述的计算机（16)驱动所 述的ASE光源（1)对对测试点辐照一个光脉冲，所述的CCD探测器（15)记录光场分布和所 述的能量计（14)记录ASE光源能量大小送入所述的计算机（14)存储；所述的计算机驱动 待测样品平台（11)控制待测光学元件沿X的方向移动一个步长，保持辐照的能量密度相等 地进行辐照测量，直至第i = 1行中m个测试点辐照完； ③ 辐照完一行测试点后，减小ASE光源的能量密度，计算机控制样品沿着Y方向移动一 个步长，重复步骤②，继续辐照另一行的m个测试点； ④ 重复步骤③，直到样品表面某行m个点均未发现有损伤； ⑤ 计算机统计每行测试点产生损伤的点数，计算每行测试点损伤几率，即损伤几率= 损伤点数/受福照点数m ; ⑥ 计算机以ASE能量密度为横轴，损伤几率为纵轴，生成损伤几率与激光能量密度对 应的分布图，通过拟合出零损伤几率，计算并显示被测样品的ASE损伤阈值。
【文档编号】G01N21/88GK104062299SQ201310422557
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】周琼, 庄亦飞, 冯滔, 朱健强 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所