CN102589848B - 光学薄膜损伤阈值的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学薄膜损伤阈值的测试系统。该光学薄膜损伤阈值的测试系统包括一个脉冲激光器、一个衰减片、一个会聚透镜、一个窗口镜、一个分束镜、一个全反镜、一个能量计、一个第一图像采集装置和一个第二图像采集装置，所述激光器输出的光束经过所述衰减片衰减后透射到所述会聚透镜，经过所述会聚透镜会聚后的光束依次经过所述窗口镜、所述分束镜透射并经过所述全反镜反射进入到待测光学薄膜上，经过所述窗口镜反射的光束进入所述第一图像采集装置，经过所述分束镜反射的光束进入所述能量计，所述第二图像采集装置采集所述待测光学薄膜表面的图像信息。本发明测量结果准确、便于安装及调节，并且其应用范围广泛。

Description

光学薄膜损伤阈值的测试系统

技术领域

本发明涉及一种针对光学元件的测试系统，特别涉及一种光学薄膜损伤阈值的测试系统。

背景技术

激光器技术的不断发展，使得其被广泛的应用到各个领域。准确掌握光学薄膜的激光诱导损伤阈值对于强激光研究领域内的科研人员和工程技术人员来说显得格外重要。由于影响激光损伤的因素很多，涉及面很广，且损伤机理也很复杂。因此，高功率激光诱导光学薄膜损伤至今仍是国内外众多科研工作者关注的热点。

激光光学薄膜损伤阈值的准确测量是研究高抗激光损伤光学元件的必要条件，光学薄膜损伤阈值是薄膜对激光作用的关键参数。准确、高效的测试激光薄膜损伤阈值是提高激光薄膜抗损伤能量的先决条件。

现有技术测试光学薄膜损伤阈值测试中，仅测试光学薄膜表面的图像信息，未对激光光束的强度、光斑面积、空间功率分布、时域分布等信息进行测量。由于存在激光高压源起伏，从而给光学薄膜损伤阈值测试带来的较大的测量误差。

发明内容

为了解决现有技术激光器参数测量系统存在的较大测量误差的技术问题，本发明提供一种测量结果精确、便于安装及调节的光学薄膜损伤阈值的测试系统。

本发明提供一种光学薄膜损伤阈值的测试系统，其包括一个脉冲激光器、一个衰减片、一个会聚透镜、一个窗口镜、一个分束镜、一个全反镜、一个能量计、一个第一图像采集装置和一个第二图像采集装置，所述激光器输出的光束经过所述衰减片衰减后透射到所述会聚透镜，经过所述会聚透镜会聚后的光束依次经过所述窗口镜、所述分束镜透射并经过所述全反镜反射进入到待测光学薄膜上，经过所述窗口镜反射的光束进入所述第一图像采集装置，经过所述分束镜反射的光束进入所述能量计，所述第二图像采集装置采集所述待测光学薄膜表面的图像信息。

优选的，所述测量系统还包括一个光电探头和一个示波器，所述光电探头用于接收待测光学薄膜的反射光，所述示波器与所述光电探头连接。

优选的，所述测量系统还包括一个数据处理装置，所述能量计、所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置和所述示波器都与所述数据处理装置连接。

优选的，所述数据处理装置包括数据接口模块，所述数据接口模块与所述能量计、所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置、所述示波器都连接，所述数据接口模块包括PCI插槽、USB插槽和蓝牙模块中的任意一种或者多种。

优选的，所述测量系统还包括一个载物台，所述载物台用于承载待测光学薄膜，所述载物台包括一个位移步进电机，所述位移步进电机与所述数据处理装置连接，所述载物台在所述位移步进电机的驱动下移动。

优选的，所述载物台还包括一个连接架，所述连接架的一端固定在该载物台上，所述连接架的另一端承载所述第二图像采集装置。

优选的，所述测量系统还包括一个旋转台，所述旋转台用于承载所述衰减片，所述旋转台包括一个旋转步进电机，所述旋转步进电机与所述数据处理装置连接，所述旋转台在所述旋转步进电机的驱动下转动。

优选的，所述第一图像采集装置和第二图像采集装置都包括一个CCD图像传感器和一个数据采集卡，所述CCD图像传感器将采集的图像信息输出到所述数据采集卡，所述数据采集卡与所述数据处理装置连接。

优选的，所述第二图像采集装置还包括一个望远镜，所述待测光学薄膜表面的图像信息经过所述望远镜后进入到所述第二CCD图像传感器。

优选的，该测试系统还包括一个用于改变光路的全反射透镜组，所述全反射透镜组设置在所述衰减片与所述会聚透镜之间。

相较于现有技术，本发明的主要有益效果在于：

本发明所述光学元件损伤阈值的测试系统利用所述第一图像采集装置、所述能量计和所述光电探测器对激光光束的强度、光斑面积、空间功率分布、时域分布等信息进行测量，能够准确知道相应的测试条件，使测量更加准确。并且，本发明所述光学元件损伤阈值的测试系统通过所述数据处理装置进行数据处理，使得测量的得到的数据结果更加精确。此外，本发明通过所述旋转步进电机调整所述衰减片的旋转位置，通过所述位移步进电机调整所述载物台的移动位置，使得所述光学元件损伤阈值的测试系统的应用范围较为广泛，并且使得整个系统的安装和调节也较为简便。

附图说明

图1是本发明光学薄膜损伤阈值的测试系统实施例光路的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种光学薄膜损伤阈值的测试系统，其包括一个脉冲激光器100、一个衰减片101、一个全反射透镜组102、一个会聚透镜103、一个窗口镜104、一个分束镜105、一个全反镜106、一个能量计107、一个第一图像采集装置108、一个第二图像采集装置109、一个光电探头110、一个示波器(图未示)、一个数据处理装置(图未示)、一个载物台111和一个旋转台112。所述脉冲激光器100、所述衰减片101、所述全反射透镜组102、所述会聚透镜103、所述窗口镜104、所述分束镜105和所述全反镜106沿光路依序设置。所述能量计107、所述第一图像采集装置108、所述第二图像采集装置109、所述示波器都与所述数据处理装置连接。

所述脉冲激光器100用于输出激光光束到所述衰减片101。根据实际操作的需要，可以选择不同型号的脉冲激光器100。本实施例优先的脉冲激光器100为1064nm纳秒脉冲激光器，光斑直径3mm左右，最大出射能量1J左右，频率1～10Hz可调。

所述衰减片101用于对接收的激光光束进行强度衰减。所述衰减片101设置在所述旋转台112上，在所述旋转台112的带动下转动。所述旋转台112用于承载所述衰减片101。所述旋转台112包括一个旋转步进电机(图未示)，所述旋转台112在所述旋转步进电机的驱动下转动，从而根据实际的设定的光束衰减强度值，带动所述衰减片101旋转到设定的衰减强度位置。所述旋转步进电机与所述数据处理装置连接，在所述数据处理装置的控制下工作。

所述会聚透镜103用于对输入的光束进行会聚。所述会聚透镜103为凸透镜，其焦距为1米。

所述全反射透镜组102用于改变光束的传播光路，所述全反射透镜组102设置在所述衰减片101与所述会聚透镜103之间。所述全反射透镜组102包括两个全反射透镜。

所述窗口镜104用于将部分光束透射到所述分束镜105，将部分光束反射到所述第一图像采集装置108。本实例中，所述窗口镜104将大部分光透射到所述分束镜105，将0.1％左右光强的光束反射到所述第一图像采集装置108。

所述第一图像采集装置108用于接收所述窗口镜104反射的光束，得出所述脉冲激光光束的强度空间分布。所述第一图像采集装置108包括一个第一CCD图像传感器(图未示)和一个第一数据采集卡(图未示)。所述第一CCD图像传感器将采集的图像信息输出到所述第一数据采集卡。所述第一CCD图像传感器使用外触发方式，当脉冲激光器给出电平信号后，所述第一CCD图像传感器才被驱动工作。所述第一数据采集卡与所述数据处理装置连接。所述第一数据采集卡为PCI卡，其连接到所述数据处理装置的PCI数据插槽中，从而与所述数据处理装置进行数据通信。

所述分束镜105用于将部分光束透射到所述全反镜106，将部分光束反射到所述能量计108。所述分束镜105为1∶9分束镜，其将约为10％的光强反射进入到所述能量计108上。所述能量计108用于记录光束的强度值，从而实时监测整个测试系统的工作状态。

所述全反镜106用于将所述分束镜105透射的光束全反射到外部待测的光学薄膜上。所述待测的光学薄膜设置在所述载物台111上。

所述载物台111用于承载外部待测光学薄膜，所述载物台包括一个位移步进电机(图未示)和一个连接架113。所述连接架113与所述载物台111为一体结构，所述连接架113的一端固定在该载物台111上，所述连接架113的另一端承载所述第二图像采集装置109。所述位移步进电机与所述数据处理装置连接，所述位移步进电机在所述数据处理装置的控制下工作。所述载物台111在所述位移步进电机的驱动下移动，从而带动所述待测光学薄膜和所述第二图像采集装置109移动。

所述第二图像采集装置109用于采集所述待测光学薄膜表面的图像信息，将图像信息输出到所述数据处理装置。所述第二图像采集装置109包括一个望远镜(图未示)、一个第二CCD图像传感器(图未示)和一个第二数据采集卡(图未示)。所述望远镜设置在所述第二CCD图像传感器前，所述待测光学薄膜表面的图像信息经过所述望远镜后进入到所述第二CCD图像传感器。所述望远镜的焦距可以调节。所述第二CCD图像传感器将采集的图像信息输出到所述第二数据采集卡。所述第二CCD图像传感器使用外触发方式，当脉冲激光器给出电平信号后，所述第二CCD图像传感器才被驱动工作。所述第二数据采集卡与所述数据处理装置连接。所述第二数据采集卡为PCI卡，其连接到所述数据处理装置的PCI数据插槽中，从而与所述数据处理装置进行数据通信。

所述光电探头110用于接收待测光学薄膜的反射光，并将光信号转换为电信号输出到所述示波器。所述示波器与所述光电探头连接，所述示波器与所述数据处理装置连接。所述示波器用于采集照射到待测光学薄膜上光束的信号时域分布，并将采集的信号输出到所述数据处理装置。

所述数据处理装置用于接收所述能量计107、所述第一图像采集装置108、所述第二图像采集装置109、所述示波器输出的信号，并进行数据处理，计算得出所述待测光学薄膜上的阈值损失点。所述数据处理装置包括数据接口模块，所述数据接口模块与所述能量计107、所述第一图像采集装置108、所述第二图像采集装置109、所述示波器都连接。所述数据接口模块包括PCI插槽、USB插槽和蓝牙模块中的任意一种或者多种。

所述光学薄膜损伤阈值的测试系统的工作原理为：

首先设定所述旋转台和所述载物台的位置，调节光路，获取同一光斑下的采样个数，设置所述衰减片的衰减倍数等参数，然后便可以开始测试。所述激光器输出的激光光束，所述激光光束经过所述衰减片衰减后透射到所述会聚透镜，经过所述会聚透镜会聚后的光束依次经过所述窗口镜、所述分束镜透射，并经过所述全反镜反射后进入到待测光学薄膜上；其中，经过所述窗口镜反射的光束进入所述第一图像采集装置，所述第一图像采集装置得出所述脉冲激光光束的强度空间分布；其中，经过所述分束镜反射的光束进入所述能量计，所述能量计记录光束的强度值，实时监测真个测试系统的工作状态；所述第二图像采集装置通过所述望远镜及所述第二CCD图像传感器采集所述待测光学薄膜表面的图像信息，并通过所述第二数据采集卡将图像信息输出到所述数据处理装置；所述光电探头接收待测光学薄膜的反射光，并将光信号转换为电信号输出到所述示波器，所述示波器采集照射到待测光学薄膜上光束的信号时域分布，并将采集的信号输出到所述数据处理装置；所述数据处理装置接收所述能量计、所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置、所述示波器输出的信号，并进行数据处理，计算得出所述待测光学薄膜上的阈值损失点。

所述数据处理装置可以同步采集每一光束的强度、光斑面积、空间功率分布、时域分布、损伤情况等信息，所以当所述载物台移动到不同光斑位置时候，便可以测试相应的损伤概率情况。

在其他的变形实施方式中，根据实际操作的需要，所述光学薄膜损伤阈值的测试系统可以仅包括一个脉冲激光器、一个衰减片、一个会聚透镜、一个窗口镜、一个分束镜、一个全反镜、一个能量计、一个第一图像采集装置和一个第二图像采集装置，所述激光器输出的光束经过所述衰减片衰减后透射到所述会聚透镜，经过所述会聚透镜会聚后的光束依次经过所述窗口镜、所述分束镜透射并经过所述全反镜反射进入到待测光学薄膜上，经过所述窗口镜反射的光束进入所述第一图像采集装置，经过所述分束镜反射的光束进入所述能量计，所述第二图像采集装置采集所述待测光学薄膜表面的图像信息。根据实际操作的需要，所述全反射透镜组也可以包括多个全反射透镜。

相较于现有技术，本发明的主要有益效果在于：

本发明所述光学元件损伤阈值的测试系统利用所述第一图像采集装置、所述能量计和所述光电探测器对激光光束的强度、光斑面积、空间功率分布、时域分布等信息进行测量，能够准确知道相应的测试条件，使测量更加准确。并且，本发明所述光学元件损伤阈值的测试系统通过所述数据处理装置进行数据处理，使得测量的得到的数据结果更加精确。此外，本发明通过所述旋转步进电机调整所述衰减片的旋转位置，通过所述位移步进电机调整所述载物台的移动位置，使得所述光学元件损伤阈值的测试系统的应用范围较为广泛，并且使得整个系统的安装和调节也较为简便。

Claims (8)

1.一种光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，该测试系统包括一个脉冲激光器、一个衰减片、一个会聚透镜、一个窗口镜、一个分束镜、一个全反镜、一个能量计、一个第一图像采集装置和一个第二图像采集装置，所述激光器输出的光束经过所述衰减片衰减后透射到所述会聚透镜，经过所述会聚透镜会聚后的光束依次经过所述窗口镜、所述分束镜透射并经过所述全反镜反射进入到待测光学薄膜上，经过所述窗口镜反射的光束进入所述第一图像采集装置，经过所述分束镜反射的光束进入所述能量计，所述第二图像采集装置采集所述待测光学薄膜表面的图像信息；

所述测试系统还包括一个光电探头和一个示波器，所述光电探头用于接收待测光学薄膜的反射光，所述示波器与所述光电探头连接；

所述测试系统还包括一个数据处理装置，所述能量计、所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置和所述示波器都与所述数据处理装置连接；

所述第一图像采集装置用于接收所述窗口镜反射的光束，得出所述脉冲激光光束的强度空间分布；

所述能量计用于记录光束的强度值，从而实时监测整个测试系统的工作状态；

所述第二图像采集装置用于采集所述待测光学薄膜表面的图像信息，将图像信息输出到所述数据处理装置；

所述示波器用于采集照射到待测光学薄膜上光束的信号时域分布，并将采集的信号输出到所述数据处理装置；

所述数据处理装置接收所述能量计、所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置、所述示波器输出的信号，并进行数据处理，计算得出所述待测光学薄膜上的阈值损失点。

2.根据权利要求1所述的光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，所述数据处理装置包括数据接口模块，所述数据接口模块与所述能量计、所述第一图像采集装置、所述第二图像采集装置、所述示波器都连接，所述数据接口模块包括PCI插槽、USB插槽和蓝牙模块中的任意一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括一个载物台，所述载物台用于承载待测光学薄膜，所述载物台包括一个位移步进电机，所述位移步进电机与所述数据处理装置连接，所述载物台在所述位移步进电机的驱动下移动。

4.根据权利要求3所述的光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，所述载物台还包括一个连接架，所述连接架的一端固定在该载物台上，所述连接架的另一端承载所述第二图像采集装置。

5.根据权利要求1所述的光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括一个旋转台，所述旋转台用于承载所述衰减片，所述旋转台包括一个旋转步进电机，所述旋转步进电机与所述数据处理装置连接，所述旋转台在所述旋转步进电机的驱动下转动。

6.根据权利要求1所述的光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，所述第一图像采集装置包括第一CCD图像传感器和第一数据采集卡，所述第二图像采集装置包括第二CCD图像传感器和第二数据采集卡；所述第一CCD图像传感器将所采集的图像信息输出到所述第一数据采集卡，所述第二CCD图像传感器将所采集的图像信息输出到所述第二数据采集卡，所述第一数据采集卡及所述第二数据采集卡分别与所述数据处理装置连接。

7.根据权利要求6所述的光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，所述第二图像采集装置还包括一个望远镜，所述待测光学薄膜表面的图像信息经过所述望远镜后进入到所述第二CCD图像传感器。

8.根据权利要求1所述的光学薄膜损伤阈值的测试系统，其特征在于，该测试系统还包括一个用于改变光路的全反射透镜组，所述全反射透镜组设置在所述衰减片与所述会聚透镜之间。