CN106768889A - 一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置及方法,它涉及光学薄膜激光损伤测试技术领域。它包含真空系统,激光系统,移动平台,待测样品以及高速CCD相机在线损伤判断装置;使用具有一定能量密度的一串序列激光脉冲辐照待测薄膜样品的不同测试点,确定并记录下每个测试点的损伤状态,如果出现等离子闪光则说明损伤,如果没出现则说明没有损伤,计算出该能量密度下的损伤几率;特别是在低能量密度下等离子闪光较弱的情况下,使激光能量密度缓慢变化,则不出现等离子闪光的最大的激光能量密度即为该待测薄膜的激光损伤阈值。它能有效快速的测量真空环境下光学薄膜的损伤阈值。
Description
技术领域
本发明涉及光学薄膜激光损伤测试技术领域,尤其是真空环境下使用的光学薄膜光学性能的评价,具体涉及一种真空环境下光学薄膜损伤阈值的测量装置和损伤的判断方法。
背景技术
随着激光系统在真空和空间领域的广泛应用,大量的光学薄膜元件将工作在真空环境下,因此对真空环境下光学薄膜激光损伤性能进行评价是非常必要的。目前对真空环境下光学薄膜损伤阈值的测量沿用大气环境下的测量方法即国际标准ISO11254-1,其基本方法是确定薄膜在不同激光能量密度下出现损伤的几率,然后采用直线拟合所得到的损伤概率和对应的激光能量密度从而得到激光损伤阈值。
尽管该方法能够准确的确定大气环境下光学薄膜的激光损伤阈值,但是由于真空环境下,待测样品需要放置在真空系统中,所以在线测量变得困难,而离线测量又耗时多,而且一般需要有高精度的光学显微镜来判断在一定的激光能量密度下样品是否损伤以及损伤的概率。另外损伤测量曲线方法的后期处理数据较为繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置及方法,它能有效快速的测量真空环境下光学薄膜的损伤阈值。
为了解决背景技术所存在的问题,本发明是采用以下技术方案:一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置,它的测试装置包含:由真空腔室和真空泵组组成的真空系统,输出波长为λ1的第一激光器、以及用于准直光路的第二激光器的激光系统,位于由计算机控制的移动平台上的待测样品以及用于检查等离子闪光以判断损伤的高速CCD相机在线损伤判断装置;
在所述的第一激光器输出的第一光路上依次设置两个45度转折镜、激光能量衰减器、分光镜以及透镜;波长为λ1的激光辐照在处于真空腔室中移动平台上的待测样品,在所述的分光镜的反射光路上设置能量计,用于测量波长为λ1的第一激光器的能量;
所述的移动平台及待测样品设置在所述的真空腔室内,所述的真空腔室的侧面窗口上设置高速CCD相机在线损伤判断装置记录是否出现等离子闪光在线判断损伤与否。
作为本发明的进一步改进;所述的真空系统主要由真空腔室和真空泵组组成,其中真空泵组由机械泵和分子泵组成二级抽真空系统,配热电偶真空计和电离真空计分别对高低真空度进行测量。
作为本发明的进一步改进;所述的激光能量衰减器由可旋转的半波片和一个偏振片组成,通过通信线与计算机相连,偏振片设置在两个45度转折镜之间,半波片设置在45度转折镜与分光镜之间。
作为本发明的进一步改进;所述的第一激光器、第二激光器、高速CCD相机在线损伤判断装置、移动平台通过通信线与计算机串口连接。
一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试方法,它包含如下步骤:
(1)将待测样品放置在真空腔室中的移动平台上;
(2)调整光路:合理的调节两个45度转折镜,以及透镜的位置,使得波长为λ1的激光辐照在待测样品上;
(3)通过透镜的移动调节结构,调整透镜位置使波长为λ1的激光辐照在待测样品上有合适的光斑大小;
(4)封闭所述的真空腔室,启动真空泵组使真空腔室达到所要求的真空度;
(5)进行真空环境下光学薄膜损伤阈值的测量:启动第一激光器,第二激光器,移动平台,能量计及高速CCD相机在线损伤判断装置,设置第一激光器的能量密度为固定值,通过所述的高速CCD相机在线损伤判断装置判断是否有等离子闪光出现来判断是否损伤点的个数,按照国际标准ISO11254-1,一般测量10个点,则得到损伤发生的概率P=S/10;随后改变第一激光器的能量密度,得到相应的损伤概率,采用直线拟合所得的损伤概率和对应的能量密度,即可得到样品的损伤阈值;
(6)快速得到样品的损伤阈值:在前述的测量过程中确定没有出现等离子闪光的点以及出现一个等离子闪光点所对应的激光能量密度,细分这两个能量密度区间,判断出所有的损伤点(10个)都不出现等离子闪光的最大能量密度即为该样品的损伤阈值。
本发明的原理为:使用具有一定能量密度的一串序列激光脉冲辐照待测薄膜样品的不同测试点,确定并记录下每个测试点的损伤状态,如果出现等离子闪光则说明损伤,如果没出现则说明没有损伤,计算出该能量密度下的损伤几率;特别是在低能量密度下等离子闪光较弱的情况下,使激光能量密度缓慢变化,则不出现等离子闪光的最大的激光能量密度即为该待测薄膜的激光损伤阈值。
采用上述技术方案后,本发明具有以下有益效果:可以有效快速的测量真空环境下光学薄膜的损伤阈值。
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,下面将对实施例或现有技术描述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。
图1为本发明所提供的实施例的测量装置结构示意图;
图2为本发明所提供的实施例提出的等离子体闪光法和光学显微镜判断损伤的方法测得样品的激光损伤阈值的比较示意图;
附图标记:
1-第一激光器;2-第二激光器;3-计算机;4-真空腔室;5-衰减片;6-半波片;7-45度转折镜一;8-分光镜;9-热电偶真空计和电离真空计;10-45度转折镜二;11-能量计;12-待测样品;13-移动平台;14-汇聚透镜;15-真空泵组;16-高速CCD相机在线损伤判断装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施方式,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,本具体实施方式采用以下技术方案:一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置,包括输出波长为λ1的第一激光器1,用于准直光路协助监测损伤破坏的第二激光器2,一个真空系统,一个位于放置在真空系统中移动平台13上的待测样品12;
在所述的第一激光器1输出的光路上依次设置45度转折镜一7、激光能量衰减器、45度转折镜二10、分光镜8和汇聚透镜14,激光能量衰减器由可旋转的半波片6和一个偏振片5组成,通过通信线与计算机3相连,由计算机3控制可以调节照射到待测样品12表面的光束能量;偏振片5设置在两个45度转折镜之间,半波片6设置在45度转折镜二10与分光镜8之间。波长为λ1的第一激光辐照在所述的待测样品12上,在分光镜8的反射光路上设置能量计11,用于测量波长为λ1的激光能量;
在所述的待测样品12的表面空间设置高速CCD相机在线损伤判断装置16,所述的第一激光器1、第二激光器2、高速CCD相机在线损伤判断装置16、移动平台13通过通信线与计算机3串口连接。
所述的真空系统主要由真空腔室4和真空泵组15组成,其中真空泵组15由机械泵和分子泵组成二级抽真空系统,配热电偶真空计和电离真空计9分别对高低真空度进行测量。
在本发明的实施中,第一激光器1为Nd:YAG激光器,采用电光调Q,输出波长为1064nm的基膜激光,该激光经由两个45度的放置的45度转折镜一7、45度转折镜二10调整,再由一个汇聚透镜14穿过真空室腔4壁上的窗口,聚焦在待测样品12表面,同时由计算机3控制的二维步进电机移动平台13对待测样品12测试区域进行准确定位,其单步移动的精度为5μm。在测量过程中,高速CCD相机在线损伤判断装置16必须对准损伤测量点,并依赖第二激光器2发出的He-Ne激光在待测样品12表面的散射来判断损伤的发生。
该实施例中,待测样品12为采用电子束蒸发方式制备的高反射膜,采用材料为高折射率材料HfO2和低折射率材料SiO2,该待测样品在1064nm的中心波长处的反射率高达99.99%。
本实施例的测量过程如下:
首先把待测样品12放在真空室腔4内的移动平台13上,密闭真空室腔4,启动真空系统中真空泵组15的机械泵抽到低真空,用热电偶真空计测量真空度,大约为0.1Pa量级,然后开启真空泵组15的分子泵抽到高真空,使用电离真空计测量真空度,一直到需要的真空度。然后通过计算机3控制第一激光光路中的激光能量衰减器的半波片6的旋转角度来控制第一激光的输出能量,按照ISO11254-1的测试标准,即每测量一个点换一个位置,并利用高速CCD相机在线损伤判断装置16进行在线损伤的判断,出现等离子闪光即为损伤,不出现等离子闪光则没有损伤。设薄膜在某一能量密度E下的损伤点个数为S,一般测量10个点,得到损伤发生的概率P,然后改变改变其能量密度E1、E2……,重新得到相应的损伤概率P1,P2……,对所得损伤概率和能量密度数据点直线拟合就可以得到损伤阈值。
请参阅图2,按照上述数据进行直线拟合,图2(1)为本发明方法得到的真空环境下待测样品的激光损伤阈值拟合结果。图2(2)也给出了利用光学显微镜离线测量的损伤阈值拟合结果。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置,其特征在于:它包含:由真空腔室和真空泵组组成的真空系统,输出波长为λ1的第一激光器、以及用于准直光路的第二激光器的激光系统,位于由计算机控制的移动平台上的待测样品以及用于检查等离子闪光以判断损伤的高速CCD相机在线损伤判断装置;
在所述的第一激光器输出的第一光路上依次设置两个45度转折镜、激光能量衰减器、分光镜以及透镜;波长为λ1的激光辐照在处于真空腔室中移动平台上的待测样品,在所述的分光镜的反射光路上设置能量计,用于测量波长为λ1的第一激光器的能量;
所述的移动平台及待测样品设置在所述的真空腔室内,所述的真空腔室的侧面窗口上设置高速CCD相机在线损伤判断装置记录是否出现等离子闪光在线判断损伤与否。
2.根据权利要求1所述的一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置,其特征在于:所述的真空系统主要由真空腔室和真空泵组组成,其中真空泵组由机械泵和分子泵组成二级抽真空系统,配热电偶真空计和电离真空计分别对高低真空度进行测量。
3.根据权利要求1所述的一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置,其特征在于:所述的激光能量衰减器由可旋转的半波片和一个偏振片组成,通过通信线与计算机相连,偏振片设置在两个45度转折镜之间,半波片设置在45度转折镜与分光镜之间。
4.根据权利要求1所述的一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置,其特征在于:所述的第一激光器、第二激光器、高速CCD相机在线损伤判断装置、移动平台通过通信线与计算机串口连接。
5.一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试方法,其特征在于:它涉及权利要求1所述的一种真空环境下光学薄膜激光损伤阈值测试装置,包含如下步骤:
(1)将待测样品放置在真空腔室中的移动平台上;
(2)调整光路:合理的调节两个45度转折镜,以及透镜的位置,使得波长为λ1的激光辐照在待测样品上;
(3)通过透镜的移动调节结构,调整透镜位置使波长为λ1的激光辐照在待测样品上有合适的光斑大小;
(4)封闭所述的真空腔室,启动真空泵组使真空腔室达到所要求的真空度;
(5)进行真空环境下光学薄膜损伤阈值的测量:启动第一激光器,第二激光器,移动平台,能量计及高速CCD相机在线损伤判断装置,设置第一激光器的能量密度为固定值,通过所述的高速CCD相机在线损伤判断装置判断是否有等离子闪光出现来判断是否损伤点的个数,按照国际标准ISO11254-1,一般测量10个点,则得到损伤发生的概率P=S/10;随后改变第一激光器的能量密度,得到相应的损伤概率,采用直线拟合所得的损伤概率和对应的能量密度,即可得到样品的损伤阈值;
(6)快速得到样品的损伤阈值:在前述的测量过程中确定没有出现等离子闪光的点以及出现一个等离子闪光点所对应的激光能量密度,细分这两个能量密度区间,判断出所有的10个损伤点都不出现等离子闪光的最大能量密度即为该样品的损伤阈值。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170531 |
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