CN104597020A - 一种多功能光学材料测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能光学材料测试装置，包括激光器、反射镜安装机构和样品室，反射镜安装机构用于安装反射镜，样品室用于接收来自激光器或反射镜安装机构的激光，以对装载其中对光学材料进行照射。所述反射镜安装机构和样品室均具有多个，且各反射镜安装机构与样品室一一对应；所述各反射镜安装机构能够在测试装置的工作状态下安装、更换、卸除全反射镜或部分反射镜，以使得所述激光器发射的激光被引导至各样品室中的任意一个或多个。在一种实施方式中，本发明的测试装置同时具有检测光学材料的纯度、测试光学薄膜元件的损伤阈值及激光预辐照光学薄膜元件和材料提高其损伤阈值的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能光学材料测试装置。所述装置可以进行光学材料纯度检测、光学材料损伤阈值测试，可能够用于对光学材料进行预辐照以提高损伤阈值置，尤其适用于紫外波段的光学材料及光学薄膜元件。
背景技术
光学材料的纯度检测及提高光学薄膜和激光材料的损伤阈值，一直是从事激光研究及材料制备的学者所共同关心的问题。目前随着光刻技术的应用与发展，用于紫外波段的光学材料CaF2得到了学者们的广泛关注。由于低纯度的CaF2材料会明显吸收激光能量，引起输出激光的波前畸变并且产生严重的色心现象，因此对于该材料的纯度检测是其使用前必不可少的环节。此外该材料的成本及镀膜成本都非常高，因此对其损伤阈值的测试及提高其损伤阈值也是从事激光研究及材料制备的学者所共同关心的问题。
目前，提高光学薄膜和材料损伤阈值的比较行之有效的方法就是用低于损伤阈值的激光对光学薄膜和材料进行辐照处理。因为激光预辐照光学薄膜和材料除了可以去除其表面吸附的H2O、CO2和灰尘外，还可以对其表面起激光抛光作用，使其表面变的光洁、均匀、细致。更重要的是，使其表面的微观结构发生了变化和对表面缺陷有修复作用。从而使样品的表面结构变的更加完整，因此提高了抗激光损伤的能力。
目前市场上已存在用于光学薄膜元件损伤阈值测试及光学材料纯度检测的装置，但其功能唯一并且成本很高，
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是当前的光学材料测试装置只能进行单一参数的测试，使用不方便且成本高昂。
(二)技术方案
本发明提出一种光学材料测试装置，包括激光器、反射镜安装机构和样品室，反射镜安装机构用于安装反射镜，样品室用于接收来自激光器或反射镜安装机构的激光，以对装载其中对光学材料进行照射，所述反射镜安装机构和样品室均具有多个，且各反射镜安装机构与样品室一一对应；所述各反射镜安装机构能够在测试装置的工作状态下安装、更换、卸除全反射镜或部分反射镜，以使得所述激光器发射的激光被引导至各样品室中的任意一个或多个。
根据本发明的具体实施方式，所述多个反射镜安装机构包括第一反射镜安装机构、第二反射镜安装机构，第一反射镜安装机构对应所述多个样品室中的第一样品室，第二反射镜安装机构对应第二样品室，并且，第一反射镜安装机构用于接收所述激光器发出的激光，并且，在其安装全反射镜时，从所述激光器入射到该第一反射镜安装机构的激光被引导至所述第二反射镜安装机构，在其未安装反射镜时，从激光器入射到该第一反射镜安装机构的激光被引导至所述第一样品室；或者，在其未安装反射镜时，从所述激光器入射到该第一反射镜安装机构的激光被引导至所述第二反射镜安装机构，在其安装全反射镜时，从所述激光器入射到该第一反射镜安装机构的激光被引导至所述第一样品室；对于除第一反射镜安装机构的其他反射镜安装机构来说，在其未安装反射镜时，从前一反射镜安装机构入射到该反射镜安装机构的激光被引导至下一反射镜安装机构，在其安装全反射镜时，从激光器入射到该反射镜安装机构的激光被引导至与之对应的样品室。
根据本发明的具体实施方式，所述光学材料测试装置还包括多个可变衰减片，其分别设置于各反射镜安装机构和其对应的样品室之间，用于调节入射到各样品室的激光的能量。
根据本发明的具体实施方式，其中一个样品室的内部连接到一个光谱仪，由此，该样品室中的光学材料样品在激光照射下产生的荧光能被传送到光谱议；所述光谱仪用于显示并存储检测到的荧光的光谱信息，通过将所获得光谱信息与已知的标准光谱信息进行对比，由此测定所测光学材料样品的纯度。
根据本发明的具体实施方式，在其中一个可变衰减片和与之对应的样品室之间设置一个激光扩束整形系统，该激光扩束整形系统用于对激光束进行扩束和整形；放置在该样品室中的光学材料样品能够进行激光预辐照。
根据本发明的具体实施方式，在其中一个可变衰减片和与之对应的样品室之间设置一个激光缩束整形系统，该激光缩束整形系统用于对激光进行缩束和整形，照射到该样品室中的样品上激光用于进行该样品进行损伤阈值测试。
根据本发明的具体实施方式，在与所述激光缩束整形系统对应的可变衰减片和与之对应的样品室之间还设置一个部分反射镜，其用于部分反射入射到对应样品室的激光到一个能量计，该能量计用于测定被该部分反射镜反射的能量，通过已知的部分反射镜的反射率，从而可以计算得到照射到对应样品室中的样品上的激光的能量密度。
根据本发明的具体实施方式，所述各样品室具有激光入口和激光出口，并在激光入口和激光出口处通过光学镜片密封。
(三)有益效果
本发明的多功能光学材料测试装置结构新颖，实现了一机多用的功能，方便用户并且降低了成本。
附图说明
图1为本发明的多功能光学材料测试装置的原理结构图；
图2为本发明的一个实施例的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明的多功能光学材料测试装置的原理结构图。如图1所示，该测试装置包括激光器1，多个反射镜安装机构41、42、43，多个样品室21、22、23。其中各反射镜安装机构与各样品室一一对应。样品室用于装载需测试的光学材料，并接收来自激光器1或反射镜安装机构的激光对光学材料进行照射。需注意，在该图1中只显示三个反射镜安装机构和三个样品室，但本发明不限于特定的数目。
所述反射镜安装机构41、42、43可用于安装各种反射镜，包括全反射镜或部分反射镜。并且，反射镜安装机构也可以不安装任何反射镜，并且能够在测试装置的工作状态下安装、更换、卸除反射镜，以使得激光器1发射的激光被引导至各样品室中的任意一个或多个。
其中，第一反射镜安装机构41用于接收激光器1发出的激光，并且，在其安装全反射镜时，从激光器入射到该第一反射镜安装机构41的激光被引导至第二反射镜安装机构42；在其未安装反射镜时，从激光器入射到该第一反射镜安装机构41的激光被引导至与该第一反射镜安装机构41对应的第一样品室21。或者相反地，在其未安装反射镜时，从激光器入射到该第一反射镜安装机构41的激光被引导至第二反射镜安装机构42；在其安装全反射镜时，从激光器入射到该第一反射镜安装机构41的激光被引导至与该第一反射镜安装机构41对应的第一样品室21。图1只显示了前一种情况。
第二反射镜安装机构42用于接收第一反射镜安装机构41发出的激光，并且，在其安装全反射镜时，从第一反射镜安装机构41入射到该第二反射镜安装机构42的激光被分别引导至与该第二反射镜安装机构42对应的第二样品室22；在其未安装反射镜时，从第一反射镜安装机构41入射到该第二反射镜安装机构42的激光被分别引导至第三反射镜安装机构43。
类似的，其他反射镜安装机构也可以在安装全反射镜和未安装反射镜两种状态下分别引导至下一反射镜或相应的样品室。也就是说，在其未安装反射镜时，从前一反射镜安装机构入射到该反射镜安装机构的激光被引导至下一反射镜安装机构，在其安装全反射镜时，从激光器入射到该反射镜安装机构的激光被引导至与之对应的样品室。
由此，通过改变反射镜安装机构上是否安装反射镜，以及安装何种反射镜，可以实现同一测量装置同时能够在多个样品室中测试不同的样品性能。
图2为本发明的一个实施例的多功能光学材料测试装置的结构示意图。该实施例的装置同时具备三种用途，分别为检测光学材料的纯度、测试光学薄膜元件的损伤阈值及激光预辐照光学薄膜元件和材料提高其损伤阈值。
如图2所示，激光器1输出的激光首先经过一个第一部分反射镜M1(安装于第一反射镜安装机构)进行分光。在该实施例中，该第一部分反射镜M1的反射面与该激光的光轴方向成45°放置。从第一部分反射镜M1透射的激光经过一个第一可变衰减片A1，该第一可衰减片A1对激光进行能量衰减，被能量衰减的激光进入第一样品室21中，第一样品室中放置有光学材料样品，使得光学材料样品被入射到第一样品室21的激光照射。
通过调节第一可变衰减片A1，可以改变照射到第一样品室21中的光学材料样品上的光强。光学材料以CaF2材料为例，低纯度的CaF2材料在深紫外波段光的照射下，其所含的杂质成分会产生大量的荧光光谱，因此通过分析其光谱信息就能获得其纯度，根据对不同样品进行照射，可以选择高纯度的光学材料。
根据一种优选实施方式，通过一根光纤F将第一样品室21的内部连接到一个光谱仪3，由此，所述第一样品室1中的光学材料样品在激光照射下产生的荧光被传送到光谱议3。光谱仪3用于显示并存储检测到的荧光的光谱信息，通过将所获得光谱信息与已知的标准光谱信息进行对比，也可以测定所测光学材料样品的纯度。
另一方面，激光器1输出的激光经过第一部分反射镜M1，被反射的激光再经过一个第二部分反射镜M2(安装于第二反射镜安装机构)进行分光。同样，该实施例中的第二部分反射镜M2与光轴成45°放置。其中，被该第二部分反射镜M2反射的激光经过一个第二可变衰减片A2进行能量衰减。被能量衰减的激光进入第二样品室22中，第二样品室中也放置有光学材料样品，使得该光学材料样品被入射到第二样品室22的激光照射。通过调节第二可变衰减片A2，可以改变照射到样品上的光强。
需要说明的是，为了使照射到第二样品室22中的光学材料样品的激光均匀，该实施例中，可以在第二可变衰减片A2与第二样品室22之间设置一个激光扩束整形系统，用于对激光束进行扩束和整形。例如，当激光器输出的光斑为矩形光斑，长宽比大于5时，如图1所示，可以在光路中增加由第一透镜L1和第二透镜L2组成的扩束整形系统，对激光的窄方向尺寸进行扩束，经过扩束后的光为一正方形光斑，尺寸与激光长方向的尺寸相同，由此可以均匀照射到第二样品室22的光学材料样品上。
放置在第二样品室22中的光学材料样品可以进行激光预辐照。经过激光预辐照的光学样品可以去除其表面吸附的H2O、CO2和灰尘外，还可以对其表面起激光抛光作用，使其表面变的光洁、均匀、细致。更重要的是，使其表面的微观结构发生了变化和对表面缺陷有修复作用。从而使样品的表面结构变的更加完整，因此提高了抗激光损伤的能力。
再一方面，激光器1输出的且依次经过第一部分反射镜M1的反射和第二部分反射镜M2的透射的激光再经过一个全反射镜M(安装于第三反射镜安装机构)而被反射。该实施例中，该全反射镜M也与光轴成45°放置。被全反射镜M反射的激光经过一个第三可变衰减片A3进行能量衰减。被第三可变衰减片A3能量衰减的激光再照射到一个第三部分反射镜M3上进行分光，从第三部分反射镜M3透射的激光直接进入样品室3中。通过调节第三可变衰减片A3可以改变照射到第三样品室23中的样品上激光的能量密度。第三样品室23中也放置有光学材料样品，使得该光学材料样品被入射到第三样品室23的激光照射。照射到第三样品室23中的样品上激光用于进行样品损伤阈值测试。
经过第三部分反射镜M3反射的激光由一个能量计E接收，该能量计E用于测定从透镜L4透射的激光中被部分反射镜M3反射的能量，通过已知的部分反射镜M3的反射率，从而可以计算得到照射到第三样品室23中的样品上的激光的能量密度。
同样需要说明的是，为了使照射到第三样品室23中的光学材料样品的激光尺寸变小从而提高其能量密度，该实施例中，可以在第三可变衰减片A3与第三样品室23之间设置一个激光缩束整形系统，用于对激光进行缩束和整形。例如，激光器输出的光斑为矩形光斑，长宽比大于5，所以在第三可变衰减片A3与第三样品室23之间增加由第三透镜L3和第四透镜L4组成的缩束整形系统，对激光的宽方向尺寸进行缩束，经过缩束后的光为一正方形光斑，尺寸与激光窄方向的尺寸相同。
该实施例中的第一样品室21、第二样品室22和第三样品室23具有类似的结构，均具有激光入口和激光出口，并在激光入口和激光出口处通过光学镜片密封，从样品室透射出来的光由吸光材料或者挡光板B进行接受，防止透射光对使用人员造成伤害。此外，在各样品室内均可充入N2气，用于防止样品室内的气体经过激光照射后产生臭氧，造成激光能量的衰减。
按照上面参照图2所描述的装置，激光器输出的激光通过分光的手段可以同时测量三个光学元件的参数，分别为检测光学材料的纯度、测试光学薄膜元件的损伤阈值及激光预辐照光学薄膜元件和材料提高其损伤阈值。激光器输出的激光所分的三个光路中分别装有可变衰减片A1、A2和A3，通过调节衰减片的透过率，可以连续调节三路激光的能量，方便了用户的使用，提高了设备的适用范围。
为了满足用户不同的使用情况，该装置可以通过将部分反射镜M1和M2更换成全反射镜的方式来设置三路分光中的哪一路处于非工作状态。例如，把M1更换为全反射镜，光路中只有B2和B3两路分光可用；如果把M2更换为全反射镜，光路中只有B1和B2两路分光可用；如果把M1和M2全更换为全反射镜，光路中只有B2一路光可用；如果去掉M1，光路将不再分光，光路中只有B1一路光可用；如果将M1更换为全反射镜同时去掉M2，光路中只有B3一路光可用。因此用户可根据需要灵活调整光路，完成所需要的测试目的。另外，该装置还具有扩展功能，可根据用户需求，将M换成部分反射镜，继续将输出激光分成四路甚至五路，同时用于测试光学材料的纯度、损伤阈值等参数，从而大大提高该装置的使用效率，降低用户的使用成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光学材料测试装置，包括激光器、反射镜安装机构和样品室，反射镜安装机构用于安装反射镜，样品室用于接收来自激光器或反射镜安装机构的激光，以对装载其中对光学材料进行照射，其特征在于，
所述反射镜安装机构和样品室均具有多个，且各反射镜安装机构与样品室一一对应；
所述各反射镜安装机构能够在测试装置的工作状态下安装、更换、卸除全反射镜或部分反射镜，以使得所述激光器发射的激光被引导至各样品室中的任意一个或多个。
2.如权利要求1所述的光学材料测试装置，其特征在于，所述多个反射镜安装机构包括第一反射镜安装机构、第二反射镜安装机构，第一反射镜安装机构对应所述多个样品室中的第一样品室，第二反射镜安装机构对应第二样品室，并且，
第一反射镜安装机构(41)用于接收所述激光器(1)发出的激光，并且，在其安装全反射镜时，从所述激光器(1)入射到该第一反射镜安装机构(41)的激光被引导至所述第二反射镜安装机构(42)，在其未安装反射镜时，从激光器入射到该第一反射镜安装机构(41)的激光被引导至所述第一样品室(21)；或者，在其未安装反射镜时，从所述激光器(1)入射到该第一反射镜安装机构(41)的激光被引导至所述第二反射镜安装机构(42)，在其安装全反射镜时，从所述激光器(1)入射到该第一反射镜安装机构(41)的激光被引导至所述第一样品室(21)；
对于除第一反射镜安装机构(41)的其他反射镜安装机构来说，在其未安装反射镜时，从前一反射镜安装机构入射到该反射镜安装机构的激光被引导至下一反射镜安装机构，在其安装全反射镜时，从激光器入射到该反射镜安装机构的激光被引导至与之对应的样品室。
3.如权利要求2所述的光学材料测试装置，其特征在于，所述光学材料测试装置还包括多个可变衰减片，其分别设置于各反射镜安装机构和其对应的样品室之间，用于调节入射到各样品室的激光的能量。
4.如权利要求3所述的光学材料测试装置，其特征在于，其中一个样品室的内部连接到一个光谱仪，由此，该样品室中的光学材料样品在激光照射下产生的荧光能被传送到光谱议；所述光谱仪用于显示并存储检测到的荧光的光谱信息，通过将所获得光谱信息与已知的标准光谱信息进行对比，由此测定所测光学材料样品的纯度。
5.如权利要求3所述的光学材料测试装置，其特征在于，在其中一个可变衰减片和与之对应的样品室之间设置一个激光扩束整形系统，该激光扩束整形系统用于对激光束进行扩束和整形；放置在该样品室中的光学材料样品能够进行激光预辐照。
6.如权利要求3所述的光学材料测试装置，其特征在于，在其中一个可变衰减片和与之对应的样品室之间设置一个激光缩束整形系统，该激光缩束整形系统用于对激光进行缩束和整形，照射到该样品室中的样品上激光用于进行该样品进行损伤阈值测试。
7.如权利要求6所述的光学材料测试装置，其特征在于，在与所述激光缩束整形系统对应的可变衰减片和与之对应的样品室之间还设置一个部分反射镜，其用于部分反射入射到对应样品室的激光到一个能量计，该能量计用于测定被该部分反射镜反射的能量，通过已知的部分反射镜的反射率，从而可以计算得到照射到对应样品室中的样品上的激光的能量密度。
8.如权利要求1至7中任一项所述的光学材料测试装置，其特征在于，所述各样品室具有激光入口和激光出口，并在激光入口和激光出口处通过光学镜片密封。
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