CN105750740B - 一种光学元件激光预处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光学元件激光预处理系统，属于光学材料激光预处理领域。所述光学元件激光预处理系统包括光源装置、检偏器及反射装置，待处理样品设置在所述检偏器及所述反射装置之间的光传播路径中。所述光源装置输出的预处理激光光束入射到所述检偏器，透过所述检偏器的预处理激光光束入射至所述待处理样品的预设处理点，透过所述待处理样品的预处理激光光束经所述反射装置反射后再次入射至所述待处理样品的预设处理点，透过所述待处理样品的预处理激光光束经所述检偏器出射。本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统有效地提高了光学元件的激光预处理效率，降低了光学元件激光预处理的成本。

Description

一种光学元件激光预处理系统

技术领域

本发明涉及光学材料激光预处理领域，具体而言，涉及一种光学元件激光预处理系统。

背景技术

为了提高光学元件的激光损伤性能，通常在元件上架之前，用低于损伤阈值的激光能量对元件通光区域进行激光预处理，即用激光光束对光学元件进行辐照。通过激光预处理，元件损伤阈值最高可提升1到2倍，如此大幅度的损伤性能提升对于光学元件的应用来说具有重要意义，目前，激光预处理已成为高功率激光系统光学元件上架前的必要步骤。

预处理过程中，激光脉冲的辐照通量需要从低到高逐渐增加，以避免元件可能出现的激光损伤。影响激光预处理效果的关键参数有：初始辐照通量、辐照通量增加幅度、每个通量下对元件的辐照发次、最高辐照通量。大量研究表明，辐照通量增幅(能量台阶)越小、元件被辐照发次(遍数)越多、最大辐照通量越高(不发生损伤的前提下)，预处理效果就越好。所以，为了获得好的预处理效果，需要用尽可能小的能量台阶对元件进行多发次的辐照。而激光系统中的元件口径可达几百毫米，要处理完一块元件，需要辐照的发次是相当可观的。如此多的辐照发次不仅耗时耗力，对于激光器的消耗也会使运行成本增加。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学元件激光预处理系统，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种光学元件激光预处理系统，包括光源装置、检偏器及反射装置，待处理样品设置在所述检偏器及所述反射装置之间的光传播路径中。所述光源装置输出的预处理激光光束入射到所述检偏器，透过所述检偏器的预处理激光光束入射至所述待处理样品的预设处理点，透过所述待处理样品的预处理激光光束经所述反射装置反射后再次入射至所述待处理样品的预设处理点，透过所述待处理样品的预处理激光光束经所述检偏器出射。

结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述光学元件激光预处理系统还包括偏振旋转器，所述偏振旋转器设置在所述检偏器与所述待处理样品之间。所述偏振旋转器用于将每次射入的预处理激光光束的偏振态在线偏振光与圆偏振光之间转换，直至由所述偏振旋转器入射到所述检偏器的预处理激光光束的偏振方向与所述检偏器的透振方向平行。

结合第一方面或第一方面的第一种可能实施方式，本发明还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述光学元件激光预处理系统还包括用于调节所述待处理样品的位置的平移台，所述待处理样品设置在所述平移台上。

结合第一方面的第二种可能实施方式，本发明还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述平移台的调节步长小于或等于入射到待处理样品的预处理激光光斑直径的预设倍数。

结合第一方面的第三种可能实施方式，本发明还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，所述预设倍数为

结合第一方面的第二种可能实施方式，本发明还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，所述平移台为二维电动平移台。

结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，所述光源装置包括激光器和光准直器，所述激光器发出的预处理激光光束经所述光准直器准直后入射到所述检偏器。

结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第七种可能实施方式，其中，所述光学元件激光预处理系统还包括偏振旋转器，所述偏振旋转器设置在所述待处理样品与所述反射装置之间，所述偏振旋转器用于将每次射入的预处理激光光束的偏振态在线偏振光与圆偏振光之间转换，直至由所述偏振旋转器入射到所述待处理样品的预设处理点的预处理激光光束的偏振方向与所述检偏器的透振方向平行。

结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第八种可能实施方式，其中，所述反射装置为激光高反镜。

结合第一方面，本发明还提供了第一方面的第九种可能实施方式，其中，所述光学元件激光预处理系统还包括激光光束吸收装置，所述激光光束吸收装置设置于所述检偏器的靠近所述光源装置的一侧。

本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统通过设计检偏器及反射装置，使得预处理激光光束两次透过待处理样品，每一次透过待处理样品时均对待处理样品正面的第一预设处理点、待处理样品背面的第二预设处理点以及待处理样品内部相应的第一预设处理点和第二预设处理点之间预处理激光光束经过的区域进行激光预处理，有效地提高了光学元件的激光预处理效率，降低了光学元件激光预处理的成本。此外，本发明实施例在检偏器及反射装置的基础上还增设了偏振旋转器，使得预处理激光光束四次透过待处理样品，进一步提高了光学元件的激光预处理效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种光学元件激光预处理系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的另一种光学元件激光预处理系统的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的第三种光学元件激光预处理系统的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的预处理激光光斑在待处理样品正面的排布示意图。

其中，附图标记分别为：

光源装置101；检偏器102；待处理样品103；待处理样品正面1031；待处理样品背面1032；反射装置104；偏振旋转器105。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“正面”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“平行”并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

预处理过程中，激光脉冲的辐照通量需要从低到高逐渐增加，以避免元件可能出现的激光损伤。为了获得好的预处理效果，需要用尽可能小的能量台阶对元件进行多发次的辐照。而激光系统中的元件口径可达几百毫米，要处理完一块元件，需要辐照的发次是相当可观的。如此多的辐照发次不仅耗时耗力，对于激光器的消耗也会使运行成本增加。鉴于此，本发明实施例提供了一种光学元件激光预处理系统，有效地提高了光学元件激光预处理的效率。

如图1所示，本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统包括：光源装置101、检偏器102及反射装置104。光源装置101、检偏器102及反射装置104依次设置。其中，光源装置101用于发出预处理激光光束，本发明实施例中，所述光源装置101为脉冲激光光源。

光源装置101发出的预处理激光光束入射到检偏器102，调节检偏器102的透振方向，使得透过检偏器102的预处理激光光束的光强达到预设值。其中所述预设值可以根据对该待处理样品103进行激光预处理所需要的辐照通量设置。将待处理样品103设置在检偏器102及反射装置104之间的光传播路径中。

调节待处理样品103的位置，使得透过检偏器102的预处理激光光束入射至待处理样品正面1031的第一预设处理点，透过待处理样品103后从待处理样品背面1032的第二预设处理点出射。出射后的预处理激光光束经反射装置104反射后再次入射至待处理样品背面1032的第二预设处理点，透过待处理样品103后从待处理样品正面1031的第一预设处理点出射，出射后的预处理激光光束透过检偏器102出射。此后，调节待处理样品103的位置以及激光光源发出的预处理激光光束的能量，就可以完成对整个待处理样品103的激光预处理。

本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统通过设计检偏器102及反射装置104，使得预处理激光光束两次透过待处理样品103，每一次透过待处理样品103时均对待处理样品正面1031的第一预设处理点、待处理样品背面1032的第二预设处理点以及待处理样品103内部相应的第一预设处理点和第二预设处理点之间预处理激光光束经过的区域进行激光预处理，有效地提高了光学元件的激光预处理效率，节约了对光学元件进行激光预处理的时间，同时降低了光学元件激光预处理的成本。

如图2所示，本发明实施例提供了另一种光学元件激光预处理系统。在光源装置101、检偏器102及反射装置104的基础上增设了偏振旋转器105。如图2所示，偏振旋转器105设置在检偏器102与待处理样品103之间。所述偏振旋转器105用于将每次射入的预处理激光光束的偏振态在线偏振光与圆偏振光之间转换，直至由所述偏振旋转器105入射到所述检偏器102的预处理激光光束的偏振方向与所述检偏器102的透振方向平行。优选的，偏振旋转器105为45度偏振旋转器105。

例如，光源装置101发出的预处理激光的偏振态为p偏振，且检偏器102对p光全透。光源装置101发出的p光透过检偏器102入射至偏振旋转器105，经偏振旋转器105转化为圆偏振光后入射至待处理样品正面1031的第一预设处理点，透过待处理样品103后从待处理样品背面1032的第二预设处理点出射。出射后的预处理激光光束经反射装置104反射至待处理样品背面1032的第二预设处理点，透过待处理样品103后从待处理样品正面1031的第一预设处理点出射。出射后的预处理激光光束入射到偏振旋转器105，经偏振旋转器105转化为s光后入射到检偏器102，检偏器102将入射的s光反射到偏振旋转器105。入射到偏振旋转器105的s光经偏振旋转器105转化为圆偏振光后入射到待处理样品正面1031的第一预设处理点，透过待处理样品103后从待处理样品背面1032的第二预设处理点出射。出射后的预处理激光光束再次经反射装置104反射至待处理样品背面1032的第二预设处理点，透过待处理样品103后从待处理样品正面1031的第一预设处理点出射。出射后的预处理激光光束入射到偏振旋转器105，经偏振旋转器105转化为p光后透过检偏器102出射。

此后，调节待处理样品103的位置以及激光光源发出的预处理激光光束的能量，就可以完成对整个待处理样品103的激光预处理。

需要说明的是，待处理样品103多为镀增透膜的光学元件，镀增透膜的光学元件的透过率>99％，预处理激光光束四次通过待处理样品103后，强度为初始光强的96％，衰减非常小。因此，对于镀膜元件来说，用本专利所述装置进行激光预处理时，可以忽略来回传输引起的激光强度的变化。

此外，反射装置104可以为全反射镜或反射棱镜。为了降低预处理激光光束四次通过待处理样品过程中的衰减，本发明实施例中，反射装置104优选为激光高反镜。

例如，激光预处理过程中，预处理激光光束的能量台阶有10个，用一个激光通量将待处理样品103辐照一遍需要100发预处理激光脉冲，每个能量台阶辐照4遍，采用现有的激光预处理方法则共需要4000发预处理激光脉冲。由于本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统中，一个预设通量的预处理激光脉冲可以4次透过待处理样品103，完成待处理样品103的当前预设处理点的4次辐照。因此，在待处理样品103相同、能量台阶数相同、每一个能量台阶的辐照次数相同的条件下，本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统只需要1000发预处理激光脉冲即可以完成对该待处理样品103的激光预处理。

因此，本发明实施例通过偏振旋转器105改变预处理激光光束的偏振态，将偏振旋转器105与检偏器102和反射装置104配合使用，使得光源装置101发出的预处理激光光束四次透过待处理样品103，进一步提高了光学元件的激光预处理效率，节约了激光预处理的时间。同时，极大地减少了激光预处理过程中所需要的预处理激光脉冲个数，进一步降低了光学元件激光预处理的成本。

当然，除了上述将偏振旋转器105设置在检偏器102与待处理样品103之间的方式以外，如图3所示，也可以将偏振旋转器105设置在待处理样品103与反射装置104之间。需要说明的是，本发明实施例中，优选为将偏振旋转器105设置在检偏器102与待处理样品103之间。

进一步地，在对待处理样品103进行激光预处理的过程中，为了方便用户调节待处理样品103的位置，本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统还包括平移台，用于调节待处理样品103的位置。待处理样品103设置在所述平移台上。其中，平移台可以为手动调节平移台，也可以电动平移台。本发明实施例中，平移台优选为二维电动平移台。

需要说明的是，由于电动平移台电机的响应时间可以远高于光源装置101发出的预处理激光脉冲的持续时间。因此，利用本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统对光学元件进行激光预处理时，可以不用考虑预处理激光脉冲在系统中来回的折返时间。

为了保证激光预处理过程中，待处理样品103受到预处理激光光束的均匀辐照，以提高激光预处理的效果，所述平移台的调节步长小于或等于入射到待处理样品103的预处理激光光斑直径的预设倍数。其中，所述预设倍数为本发明实施例中，所述平移台的调节步长优选为入射到待处理样品103的预处理激光光斑直径的倍，使得激光预处理过程中，入射到待处理样品103的相邻预设处理点的预处理激光光斑相互存在重叠，以近似正六边形的方式排布，如图4所示。需要说明的是，图4中的正方形区域表示待处理样品103，圆形区域表示预处理激光光斑。这种排布方式有利于在提高待处理样品103的激光预处理效果的前提下，能够尽量减少将待处理样品103辐照一遍所需要的预处理激光脉冲数量，降低光学元件激光预处理的成本。

进一步地，为了提高预处理激光光束来回传输过程中的光斑大小及光通量密度的稳定性，保证预处理效果，所述光源装置101除了包括激光器之外，还包括光准直器。本发明实施例中，所述激光器为脉冲激光器。所述激光器发出的预处理激光光束经所述光准直器准直后入射到所述检偏器102。例如，所述光准直器可以包括光阑和准直透镜，所述光阑用于控制光斑的大小及形状，所述准直透镜用于准直所述激光器发出的预处理激光光束。

此外，由于待处理样品103多为镀增透膜的光学元件，镀增透膜的光学元件的透过率>99％，预处理激光光束四次通过待处理样品103后，强度为初始光强的96％，衰减非常小，为了避免由系统出射的激光光束造成安全隐患，本发明实施例提供的光学元件激光预处理系统还包括激光光束吸收装置。所述激光光束吸收装置设置于所述检偏器102的靠近所述光源装置101的一侧，用于吸收由系统出射的激光光束。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学元件激光预处理系统，其特征在于，包括光源装置、检偏器、反射装置以及45度偏振旋转器，待处理样品以及所述偏振旋转器均设置在所述检偏器与所述反射装置之间的光传播路径中；

所述光源装置输出的预处理激光光束入射到所述检偏器，透过所述检偏器后经所述偏振旋转器、所述待处理样品的预设处理点入射到所述反射装置，由所述反射装置反射后反向经所述待处理样品的预设处理点、所述偏振旋转器回到所述检偏器，其中，所述偏振旋转器用于将每次射入的预处理激光光束的偏振态在线偏振光与圆偏振光之间转换，直至由所述偏振旋转器入射到所述检偏器的预处理激光光束的偏振方向与所述检偏器的透振方向平行，经所述检偏器出射。

2.根据权利要求1所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，所述偏振旋转器设置在所述检偏器与所述待处理样品之间。

3.根据权利要求1或2所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，还包括用于调节所述待处理样品的位置的平移台，所述待处理样品设置在所述平移台上。

4.根据权利要求3所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，所述平移台的调节步长小于或等于入射到所述待处理样品的预处理激光光斑直径的预设倍数。

5.根据权利要求4所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，所述预设倍数为

6.根据权利要求3所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，所述平移台为二维电动平移台。

7.根据权利要求1所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，所述光源装置包括激光器和光准直器，所述激光器发出的预处理激光光束经所述光准直器准直后入射到所述检偏器。

8.根据权利要求1所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，所述偏振旋转器设置在所述待处理样品与所述反射装置之间。

9.根据权利要求1所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，所述反射装置为激光高反镜。

10.根据权利要求1所述的光学元件激光预处理系统，其特征在于，还包括激光光束吸收装置，所述激光光束吸收装置设置于所述检偏器的靠近所述光源装置的一侧。