CN102778426A - 一种光学薄膜激光损伤测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学薄膜激光损伤测试装置，包括光功率能量测量仪和在激光器和待测镀膜镜片之间依次设置的孔阑、第一透镜、光衰减器、取样分束镜和聚焦透镜；其中孔阑设置在第一透镜的前焦面上，待测镀膜镜片设置在聚焦透镜的后焦面上；取样分束镜的透射光入射至聚焦透镜，反射光入射至光功率能量测量仪；该装置采用无限远显微成像方式，获得像面均匀辐照，并实现了大范围可调光学衰减，容易调节获得所需光斑大小，满足高功率准分子激光系统对薄膜损伤的测试要求。

Description

一种光学薄膜激光损伤测试装置

技术领域

本发明涉及一种光学薄膜测试装置，尤其涉及一种适合于高功率准分子激光系统中的光学薄膜激光损伤测试装置。 

背景技术

准分子激光系统中应用到多种光学薄膜，薄膜激光损伤测量对于系统工作的可靠性具有重要的意义。光学薄膜激光损伤测试不仅需要均匀辐照，而且需要大范围的改变入射到薄膜的激光功率密度，以适应各种器件的要求，此外在测试中还要保证辐照功率变化时光斑位置和尺寸不发生变化，以实现准确和可靠测量。 

《强激光与粒子束》（Vol.10,1998,p123-126和Vol.20,2008,p509-512）公开了一种基于单透镜聚焦实现光学薄膜激光损伤测试的方法，焦面光场分布为爱里斑，故难以获得所希望的均匀辐照。 

在光束衰减和功率密度大范围改变方面，目前主要通过放置多片衰减增大衰减倍数，由于高倍衰减片伴随着高反射率，衰减片必须倾斜放置，并且各衰减片需要进行严格的倾斜角度匹配设置，以消除多次反射和光轴偏移引起的光束聚焦位置变化对测量的影响，这种多片衰减方法不仅对调节精度要求高，而且不便于进行高精度连续调节。另外，调整激光电源电压从而改变激光输出功率也是常见光束衰减的一种替代方法，但这种方法受到激光起振阈值的限制，调节倍数有限(一般小于10倍)，而且光束发散角会随电压调节发生变化，导致测量中光束聚焦位置的变化，影响到测量精度。 

发明内容

本发明提出了一种基于光学显微成像和偏振衰减的光学薄膜激光损伤测试装置，目的是克服现有光学薄膜激光损伤测试中，在进行输出功率调节时光束位置和尺寸变化，辐照光斑不均匀、且难以获得大范围的光强参数变化等不足。 

本发明的技术方案是： 

一种光学薄膜激光损伤测试装置，包括激光器和待测镀膜镜片，还包括光 功率能量测量仪和在激光器和待测镀膜镜片之间依次设置的孔阑、第一透镜、光衰减器、取样分束镜和聚焦透镜，其中孔阑设置在第一透镜的前焦面上，待测镀膜镜片设置在聚焦透镜的后焦面上；取样分束镜的透射光入射至聚焦透镜，反射光入射至光功率能量测量仪。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，光衰减器为可调光衰减器，衰减倍数在1~10000间连续可调。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，待测镀膜镜片设置在轴向可调的光学调节架上。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，光衰减器包括激光传播方向依次设置的起偏器和检偏器。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，光衰减器还包括使检偏器绕入射光轴旋转的光学调节架。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，起偏器和检偏器为BBO格兰棱镜，其消光比为10⁵:1～10⁶:1。。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，激光器为放电泵浦XeCl准分子激光源。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，孔阑为矩形孔阑。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中，第一透镜的焦距为2000～3000mm，所述聚焦透镜的焦距为100～200mm。 

上述光学薄膜激光损伤测试装置中起偏器和检偏器镀有增透膜。 

本发明具有的有益效果如下： 

1、本发明的光学薄膜激光损伤测试装置采用光学显微成像结合偏振衰减的方式，在辐照功率衰减的情况下，光束的位置和尺寸保持不变。 

2、本发明的光学薄膜激光损伤测试装置可实现1-10000倍的光强衰减，且连续可调。 

3、本发明通过孔阑选取激光光斑中光束均匀部分，并通过成像单元使得光学薄膜上的光束保持均匀，提高了测量精度。 

4、本发明采用偏振衰减的方案，在衰减中不会出现普通衰减片组存在的多次反射问题，降低了防护要求。 

5、本发明的光衰减器和取样分束镜设置在两只成像透镜之间，由于处于透 镜的频域范围，其定位位置和姿态不会对光学薄膜上的成像产生影响，故对二者的光学准直没有严格的要求，方便了光路布置及参数调节。 

附图说明

图1为光学薄膜激光损伤测试装置示意图； 

图2为实施例中激光器出口光束分布； 

图3为实施例中光学薄膜表面光束分布； 

其中1-激光器；2-孔阑；3-第一透镜；4-起偏器；5-检偏器；6-取样分束镜；7-聚焦透镜；8-光功率能量测量仪；9-待测镀膜镜片。 

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述： 

如图1所示，本发明的光学薄膜激光损伤测试装置，包括光功率能量测量仪8和在激光器1和待测镀膜镜片9之间依次设置的孔阑2、第一透镜3、光衰减器4/5、取样分束镜6和聚焦透镜7；其中孔阑2设置在第一透镜3的前焦面上，待测镀膜镜片9设置在聚焦透镜7的后焦面上，选取孔阑2处的近场光束中央均匀区域物面，经过无限远显微成像方式，通过第一透镜3和聚焦透镜7将物面成像到待测镀膜镜面，物面和待测镀膜镜面分别位于第一透镜3前焦面和聚焦透镜7的后焦面上，待测镀膜镜片9上的光斑尺寸可由第一透镜3和聚焦透镜7的焦距比决定。光束衰减与光束参数测量置于两透镜之间，由于处于透镜的频域，定位时位置和姿态变化不会对像面位置产生影响，对准直没有严格的要求。其中第一透镜3的焦距选择范围为2000～3000mm，所述聚焦透镜7的焦距选择范围为为100～200mm。 

光衰减器为可调光衰减器，衰减倍数在1~10000间连续可调。作为一种优选方式，光束衰减由起偏器4和检偏器5实现，检偏器设置在可绕入射光轴旋转的光学调节架，起偏器4把入射光束转化为线偏振光，通过电动调节检偏与起偏方向夹角，可使光束衰减倍数连续可调，所获得的最大衰减倍数由起偏/检偏器件的消光比决定，起偏/检偏器件镀以增透膜，不会产生如使用衰减片组担心的多次反射问题。装有待测镀膜镜片9的镜架安装在可前后移动的电移台上，调节镜片前表面处于最佳像面位置。 

下面给出本发明在准分子激光打靶实验中的具体实施例。 

本实施例由放电泵浦准分子激光源1、孔阑2、第一透镜3、起偏器4、检偏器5、取样分束镜6、聚焦透镜7、光功率能量测量仪8和待测镀膜镜片9组成。其中放电泵浦XeCl准分子激光源，输出能量100mJ，脉宽20ns，近场尺寸2cm×1cm，孔阑2尺寸为13mm×6.5mm的矩形孔，选取近场光束均匀部分作为物面（见图2）；由第一透镜3和聚焦透镜7组成无限远距离显微成像结构，透镜焦距分别为2582mm和150mm，物面和待测镀膜镜面分别位于第一透镜3前焦面和聚焦透镜7的后焦面上；光束衰减和光束参数测量置于两透镜之间，采用偏振衰减方法，选用高消光比的BBO格兰棱镜(消光比10⁶:1)作为起偏/检偏器件，通过电动调节检偏与起偏方向夹角，使光束衰减倍数在1~10000间连续可调，光路中45°放置取样分束镜6，用以实时监测薄膜损伤测试时的激光能量，测试前通过直接测量聚焦透镜7后能量进行取样系数标定；在薄膜激光损伤测试前，首先进行像面位置标定，在待测镀膜镜片9附近用CCD测量光束分布（见图3），前后电控调节电移台，获得像面清晰位置，然后换用待测镀膜镜片9，计算电控调节距离使待测镀膜镜片9前表面与像面位置重合。在上述基础上，通过电控旋转检偏器控制辐照水平，进行待测镀膜镜片激光损伤阈值的测量，换镜片测量时要特别注意镜片厚度的影响，保证镜片前表面位置与像面重合。本实施例中使用了小光斑，聚焦透镜7焦距不变，仅换用第一透镜3，改变其焦距参数，即可改变第一透镜和聚焦透镜焦距比，获得不同大小光斑，可方便快捷地满足不同测试要求。 

本发明不仅适用于准分子激光系统中的镀膜镜片的激光损伤测试，对于利用其它激光器件进行的光学薄膜测试，只要采用了上述设计思想和结构，也属于本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种光学薄膜激光损伤测试装置，包括激光器(1)，其特征在于：还包括光功率能量测量仪(8)和在激光器(1)和待测镀膜镜片(9)之间依次设置的孔阑(2)、第一透镜(3)、光衰减器、取样分束镜(6)和聚焦透镜(7)；所述孔阑(2)设置在第一透镜(3)的前焦面上，待测镀膜镜片(9)设置在聚焦透镜(7)的后焦面上；所述取样分束镜(6)的透射光入射至聚焦透镜(7)，其反射光入射至光功率能量测量仪(8)。

2.根据权利要求1所述的光学薄膜激光损伤测试装置，其特征在于：所述光衰减器为可调光衰减器，衰减倍数在1~10000间连续可调。

3.根据权利要求2所述的光学薄膜激光损伤测试装置，其特征在于：所述的光衰减器包括激光传播方向依次设置的起偏器(4)和检偏器(5)。

4.根据权利要求1或2或3所述的光学薄膜激光损伤测试装置，其特征在于：所述待测镀膜镜片(9)设置在轴向可调的光学调节架上。

5.根据权利要求4所述的光学薄膜激光损伤测试装置，其特征在于：所述的光衰减器还包括使检偏器绕入射光轴旋转的光学调节架。

6.根据权利要求5所述的光学薄膜激光损伤测试装置，其特征在于：所述第一透镜(3)的焦距为2000～3000mm，所述聚焦透镜(7)的焦距为100～200mm。

7.根据权利要求6所述的光学薄膜激光损伤测试装置，其特征在于：所述起偏器(4)和检偏器(5)为BBO格兰棱镜，其消光比为10⁵:1～10⁶:1；所述激光器(1)为放电泵浦XeCl准分子激光源；所述孔阑(2)为矩形孔阑。

8.根据权利要求7所述的光学薄膜激光损伤测试装置，其特征在于：所述的起偏器(4)和检偏器(5)镀有增透膜。

Images