CN106770311A - 一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置及测试方法，属于激光预处理与损伤测试领域。本发明包括亚纳秒激光脉冲对待测样品晶体的激光预处理和纳秒激光脉冲对待测样品晶体预处理点的在线损伤阈值测试。通过测试装置中的半波片、偏振片和小孔光阑实现亚纳秒激光脉冲和纳秒激光脉冲的共线，从而准确实现晶体的在线点对点损伤阈值测试。本发明提供了一种简单有效的测试方法和测试装置，有效解决了晶体预处理之后再进行损伤阈值测试难以准确找到预处理点的问题，能实现晶体预处理之后的在线损伤阈值测试，具有结构简单、易于操作并且找点精准的特点。

Description

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置及测试方法，尤其涉及在线准确寻找晶体上激光预处理点的测试方法及测试装置，属于光学元件激光预处理及损伤测试领域。

背景技术

在当前的惯性约束激光驱动器以及其他涉及到高能量激光频率转换的应用中，频率转换晶体的损伤问题一直是限制激光能量增加的重要因素。提高晶体损伤阈值的方法通常是采用亚纳秒紫外脉冲激光对晶体进行预处理。该方法是通过将晶体放置于焦面，接受能量低于其损伤阈值的聚焦激光辐照，逐步提高激光辐照能量密度，进而提高晶体的损伤阈值。根据美国利弗莫尔实验室的研究结果，晶体预处理最佳光源为500皮秒(ps)紫外激光器。激光驱动器工程参数为数纳秒(ns)紫外激光，所以需要先用500ps紫外激光器对晶体进行激光预处理，再用纳秒紫外激光器进行损伤阈值测试，以验证不同激光预处理参数(激光能量区间、能量步长及辐照发次等)对晶体损伤阈值的影响。

在对晶体上不同激光参数的预处理点离线损伤测试中，因为激光预处理前后，晶体的外观形貌没有变化，因此在随后的损伤阈值测试中难以精确寻找对应的预处理点。目前采用的方法是先对整块晶体或晶体上部分区域进行某一参数的激光预处理，再离线对其进行损伤阈值测试。该方法无法同时实现在线的点对点激光预处理和损伤阈值测试，耗时长、效率低，并且极易受辐照过程中光斑交叠的影响。

中国专利文件200910073207.0，公开了一种光学晶体元件激光损伤阈值检测装置，利用控制计算机编程来控制伺服电动机和平板直线电机的运动，使光学晶体元件上起始测试区域处于激光光束路径上，通过竖直微位移工作台和水平微位移工作台调整CCD摄像头与光学晶体元件之间的相对位置，伺服电动机的旋转运动通过滚珠丝杠转化为滚珠丝母的直线运动，滚珠丝母带动丝母滑块上下运动，从而带动L形直线电机支撑板的上下运动，使平板直线电机可以上下调节光学元件夹具体的高度，用于光学晶体元件激光损伤阈值的检测。但是该装置仅仅能实现晶体表面和亚表面的损伤阈值测试，没有体损伤阈值测试的技术手段，该装置也没有晶体预处理的过程，无法探究不同激光参数预处理对晶体损伤阈值的影响，且该装置也没有保证激光能垂直入射到光学元件表面的技术手段。

中国专利文件201610414569.1，公开了一种纳秒激光脉冲作用KDP晶体后在其体内形成的针状损伤点几何尺寸分布的测量装置及测量方法，属于KDP晶体技术领域中的KDP晶体体损伤的测量装置及测量方法，使用晶体体内针状损伤点几何尺寸分布作为评价晶体抗损伤性能的评价标准，并提出相应的测试方法和测试装置。这种评价标准及其测试方法可以避免损伤阈值及其测试方法的缺陷。但是该测量装置和测量方法仅仅是KDP晶体的体损伤阈值测试及抗损伤性能评价，没有晶体表面损伤测试及损伤评价的技术手段。该装置没有晶体激光预处理的过程，也没有随后进行点对点损伤阈值测试的方法和装置，且该装置也无法保证激光能垂直入射到晶体表面。

中国专利文件200610140892.0，公开了一种非线性晶体激光损伤阈值的测量方法，应用高功率连续、准连续固体激光器照射非线性晶体器件，采用He－Ne激光散射法，通过硅光电二极管来接收激光照射非线性晶体器件时，晶体前后表面对He－Ne激光的散射变化，形成脉冲TTL信号，利用继电器来控制设置在光路上的挡板(Shutter)，利用计时器来记录激光照射时间。逐渐加大激光的输出功率，直至硅光电二极管观测到He－Ne激光的散射变化。通过计算这时作用于非线性晶体器件表面的激光功率密度，计算出非线性晶体器件在连续、准连续激光照射下的激光损伤阈值。但该测量方法仅仅是非线性晶体的表面损伤阈值测试方法，没有晶体元件体损伤的损伤阈值测试手段。该装置也没有晶体的激光预处理过程，不能探究不同激光参数预处理对晶体损伤阈值的影响，且该装置没有使激光能垂直入射到晶体表面的技术手段。

中国专利201310077159.9以及201320534318.9，公开了一类在线监测的光学元件激光预处理及修复情况的方法及装置，通过引入非接触式在线检测系统，用于对光学元件的激光处理区域或修复区域进行在线检测。但是对光学元件激光预处理之后，没有激光损伤阈值测试过程，而仅靠非接触式的检测系统无法精确评估不同激光参数的预处理效果，无法实现在线点对点损伤测试。这两个专利主要监测光学元件表面和亚表面，对于元件体预处理和体损伤情况，都没有相应的监测手段，且两专利中都没有保证预处理激光垂直入射到光学元件的技术手段。

发明内容

针对现有技术的不足，为了克服现有技术的缺陷和不足，本发明提出了一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置及测试方法，能实现晶体激光预处理之后的在线损伤阈值测试。

本发明的技术方案如下：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，包括并排设置的一台亚纳秒激光器、一台纳秒激光器；

纳秒激光器一端设有半波片、第一平面反射镜；所述半波片用于将纳秒激光器射出的水平偏振光改为竖直偏振光；

亚纳秒激光器一端顺次设有偏振片、聚焦透镜、楔形板、小孔光阑、待测样品晶体、小孔光阑，楔形板一边设有能量计、光斑分析仪，光斑分析仪与计算机相连，待测样品晶体两边分别设有He-Ne激光器和CCD相机，CCD相机与计算机相连，所述偏振片对竖直偏振的激光脉冲完全反射，对水平偏振的激光脉冲完全透射。

偏振片，用于确保预处理激光和损伤测试激光共线传输；楔形板，用于计算激光能量和光斑尺寸；小孔光阑，用于准直激光，确保亚纳秒激光脉冲和纳秒激光脉冲共线；聚焦透镜，用于光束的会聚；计算机，主要用于光斑分析仪以及CCD观测相机的显示。

亚纳秒激光器发出的激光经过偏振片、聚焦透镜等，作用在待测样品晶体上进行激光预处理；再开启纳秒激光器，照射待测样品晶体；通过He-Ne激光器和CCD相机观测待测样品晶体的损伤情况，通过能量计、光斑分析仪的分析数据，计算纳秒激光脉冲辐照到样品晶体上的激光能量密度，进而得到样品晶体的损伤阈值。

根据本发明优选的，楔形板与待测样品晶体之间小孔光阑的数量为两个。通过两个小孔光阑确定亚纳秒激光预处理的激光光路，小孔光阑和待测样品晶体的相对位置关系固定不动，在随后的点对点损伤测试中，调整纳秒激光使之也能恰好通过这两个小孔光阑，亚纳秒激光脉冲与纳秒激光脉冲的严格共线，确保待测样品晶体上亚纳秒激光脉冲的预处理点，即为纳秒激光脉冲的在线损伤阈值测试点。

进一步优选的，小孔光阑的孔径为0.2mm。

根据本发明优选的，待测样品晶体一边设有三个CCD相机，待测样品晶体另一边设有三个He-Ne激光器。三个He-Ne激光器配合三个CCD相机用于观测待测样品晶体的前表面、体内、后表面的损伤情况，观测更加立体全面，而且能实现非接触式的在线观测。

进一步优选的，其中一个He-Ne激光器通过两个第二平面反射镜使He-Ne激光光路与亚纳秒激光光路共线，第二平面反射镜与待测样品晶体之间设有一个小孔光阑，两个第二平面反射镜均置于二维调整镜架上。通过二维调整镜架的微调旋钮调整第二平面反射镜、使He-Ne激光与主激光光路共线。这样不仅可以避免调整He-Ne激光器的位置和俯仰、偏转角度，只需旋转二维调整镜架的微调旋钮即可实现光路共线；而且，如果将He-Ne激光器本身置于亚纳秒激光器的光路中，假如在测试过程中一旦因操作不当而引起亚纳秒激光或纳秒激光透射，透射的激光会损伤He-Ne激光器，而利用本方案，一旦发生透射，只会损伤相对廉价的第二平面反射镜，而不会损伤He-Ne激光器。第二平面反射镜与待测样品晶体之间设置的小孔光阑目的是：确保激光和晶体表面垂直。当待测样品晶体为规则光滑的方形或规则曲面时，可通过反射光再次通过小孔光阑确保入射激光与晶体表面垂直。不垂直入射形成的光斑会产生变形，激光垂直入射，可形成均匀光斑，便于观测统计。

第一平面反射镜和第二平面反射镜均用于改变激光的传输方向。

进一步优选的，两个第二平面反射镜与水平面的夹角均为45度。以方便调整稳定光路。

根据本发明优选的，所述亚纳秒激光器、纳秒激光器均为紫外脉冲激光器。惯性约束聚变驱动器输出为紫外激光，与用长波长激光打靶相比，能大幅提高靶燃料对激光的吸收，显著增加消融能力，减少超热电子的产生。另外，相比于长波长激光，紫外激光的单光子能量高，造成晶体紫外激光损伤阈值低。采用紫外脉冲激光器，对应工程波长，且针对急需提高的晶体紫外激光损伤阈值。

进一步优选的，紫外脉冲激光器输出单纵模激光，单纵模激光的中心波长均为355nm，偏振方向均为水平偏振。

进一步优选的，亚纳秒激光器输出激光脉冲的脉冲宽度为500ps，纳秒激光器输出激光脉冲的脉冲宽度为数纳秒，纳秒激光脉冲的脉冲宽度为5-6ns。美国利弗莫尔实验室的研究结果表明，晶体预处理的最佳激光光源为500ps的亚纳秒紫外激光器，而在惯性约束聚变激光驱动器中，紫外脉冲激光打靶的脉冲宽度约为3纳秒，因此本发明根据实际的工程应用，优选的纳秒激光器为脉冲宽度跟实际工程应用中激光参数相近的激光器。

进一步优选的，第一平面反射镜为355nm平面反射镜，第二平面反射镜为632.8nm平面反射镜。

根据本发明优选的，所述偏振片、第一平面反射镜、第二平面反射镜所在平面与水平面的夹角均为45°。

根据本发明优选的，所述待测样品晶体为激光频率转换晶体，激光频率转换晶体为KDP、DKDP、LBO中的一种。

根据本发明优选的，所述聚焦透镜为焦距2m以上的长焦距透镜，聚焦透镜的材质为熔石英。

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试方法，首先用亚纳秒激光器对待测样品晶体上的一点做预处理，随后用纳秒激光器对预处理过的待测样品晶体做点对点损伤阈值测试。

根据本发明优选的，预处理包括步骤如下：

(1)放置待测样品晶体之前，首先确定聚焦透镜的位置，以确保待测样品晶体放置在聚焦透镜的焦点位置，启动亚纳秒激光器，在楔形板一侧放置三个小孔光阑，使亚纳秒激光脉冲同时通过三个小孔光阑，进而确定亚纳秒激光的光路，固定三个小孔光阑；通过能量计测得楔形板的分光能量并确定分光的能量比例关系，调整光斑分析仪，通过计算机实时监测激光脉冲的光斑形貌及光斑大小，然后关闭亚纳秒激光器；

(2)放置待测样品晶体，使楔形板与待测样品晶体之间有两个小孔光阑，使第二平面反射镜与待测样品晶体之间有一个小孔光阑，用调整夹具将待测样品晶体固定于二维电动平移台，开启He-Ne激光器，调整两个第二平面反射镜，使He-Ne光能通过三个小孔光阑和待测样品晶体，以确保He-Ne光和亚纳秒激光共线；随后，调整待测样品晶体使待测样品晶体对He-Ne光的反射光能再次通过第二平面反射镜与待测样品晶体之间的小孔光阑，以确保亚纳秒激光和纳秒激光脉冲能垂直入射到待测样品晶体上，固定好待测样品晶体；

(3)移除楔形板与待测样品晶体之间的两个小孔光阑，启动亚纳秒激光器；激光光斑的直径为十个毫米左右，而小孔光阑的孔径只有零点几个毫米，为了避免小孔光阑挡光，所以要先撤掉小孔光阑，待测样品晶体前加两个小孔光阑的目的，是为了确定激光光路，实现“点对点”，水平偏振的亚纳秒激光脉冲，经偏振片完全透射、聚焦透镜、楔形板分光，再聚焦到待测样品晶体上，以低于晶体损伤阈值的亚纳秒激光脉冲对待测样品晶体进行激光预处理；预处理结束，重新将两个小孔光阑放置在光路上并固定好，通过两个小孔光阑再次确定亚纳秒激光光路(即确定待测样品晶体上预处理点的位置)，最后关闭亚纳秒激光器。

根据本发明优选的，纳秒激光脉冲对待测样品晶体的点对点损伤测试包括步骤如下：

(4)启动纳秒激光器，水平偏振的纳秒激光脉冲通过半波片使激光脉冲的偏振态改为竖直偏振，调整第一平面反射镜和偏振片，使纳秒激光脉冲也能依次经过聚焦透镜、两个小孔光阑，确保纳秒激光脉冲和亚纳秒激光脉冲共线(即准确找到亚纳秒脉冲的预处理点)；优选的，在启动纳秒激光器之前，为防止激光脉冲辐照待测样品晶体，在小孔光阑与待测样品晶体之间放置塑料泡沫；

(5)移除楔形板与待测样品晶体之间的两个小孔光阑和第二平面反射镜与待测样品晶体之间的一个小孔光阑，使纳秒激光脉冲入射到预处理过的待测样品晶体上；通过He-Ne激光器和CCD相机观测待测样品晶体的损伤情况；

(6)通过楔形板的分光的能量比例关系和能量计的读数，确定入射到待测样品晶体表面的能量大小；通过光斑分析仪和计算机得到聚焦光斑尺寸；计算纳秒激光脉冲辐照到待测样品晶体上的激光能量密度，进而得到待测样品晶体的损伤阈值。

本发明的有益效果在于：

本发明的技术方案利用偏振片对水平偏振光的完全透射、对竖直偏振光的完全反射以及两小孔光阑的准直，确保亚纳秒激光脉冲和纳秒激光脉冲共线，即确保激光预处理点与损伤测试点完全重合，实现预处理之后的在线损伤阈值测试，进而准确得到点对点的晶体预处理及在线损伤测试结果，有效解决了晶体预处理之后再进行损伤阈值测试难以准确找到预处理点的问题，能实现晶体预处理之后的在线损伤阈值测试，方便快捷，找点精准、准确性高，结构简单易于操作并推广。

附图说明

图1为本发明一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置的结构示意图；

图2为本发明亚纳秒紫外激光脉冲对样品晶体的预处理过程示意图；

图3为本发明纳秒紫外激光脉冲对样品晶体的点对点损伤测试过程示意图；

其中：1为亚纳秒激光器，2为纳秒激光器，3为半波片，4为第一平面反射镜，5为偏振片，6为聚焦透镜，7为楔形板，8为能量计，9为光斑分析仪，10、11、12为小孔光阑，13为待测样品晶体，14、15、16为He-Ne激光器，17、18为第二平面反射镜，19、20、21为CCD观测相机，22为计算机。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

如图1-3所示。

实施例1：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，包括并排设置的一台亚纳秒激光器、一台纳秒激光器；

纳秒激光器一端设有半波片、第一平面反射镜；所述半波片用于将纳秒激光器射出的水平偏振光改为竖直偏振光；

亚纳秒激光器一端顺次设有偏振片、聚焦透镜、楔形板、小孔光阑、待测样品晶体、小孔光阑，楔形板一边设有能量计、光斑分析仪，光斑分析仪与计算机相连，待测样品晶体两边分别设有He-Ne激光器和CCD相机，CCD相机与计算机相连，所述偏振片对竖直偏振的激光脉冲完全反射，对水平偏振的激光脉冲完全透射；小孔光阑的孔径为0.2mm。

待测样品晶体为激光频率转换晶体，激光频率转换晶体为KDP。

聚焦透镜为焦距2m以上的长焦距透镜，聚焦透镜的材质为熔石英。

亚纳秒激光器发出的激光经过偏振片、聚焦透镜等，作用在待测样品晶体上进行激光预处理；再开启纳秒激光器，照射待测样品晶体；通过He-Ne激光器和CCD相机观测待测样品晶体的损伤情况，通过能量计、光斑分析仪的测量入射激光的能量和光斑大小，计算亚纳秒、纳秒激光脉冲辐照到样品晶体上的激光能量密度，进而分别得到样品晶体的激光预处理能量密度和激光损伤阈值。

实施例2：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，楔形板与待测样品晶体之间小孔光阑的数量为两个。通过两个小孔光阑确定亚纳秒激光预处理的激光光路，小孔光阑和待测样品晶体的相对位置关系固定不动，在随后的点对点损伤测试中，调整纳秒激光使之也能恰好通过这两个小孔光阑，亚纳秒激光脉冲与纳秒激光脉冲的严格共线，确保待测样品晶体上亚纳秒激光脉冲的预处理点，即为纳秒激光脉冲的点对点在线损伤阈值测试点。

实施例3：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，待测样品晶体一边设有三个CCD相机，待测样品晶体另一边设有三个He-Ne激光器。三个He-Ne激光器配合三个CCD相机用于观测待测样品晶体的前表面、体内、后表面的损伤情况，观测更加立体全面。

实施例4：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例3所述，所不同的是，其中一个He-Ne激光器通过两个第二平面反射镜使He-Ne激光光路与亚纳秒激光光路共线，第二平面反射镜与待测样品晶体之间设有一个小孔光阑，如图1所示，两个第二平面反射镜均置于二维调整镜架上。通过二维调整镜架的微调旋钮调整第二平面反射镜、使He-Ne激光与主激光光路共线。这样不仅可以避免调整He-Ne激光器的位置和俯仰、偏转角度，只需旋转二维调整镜架的微调旋钮即可实现光路共线；而且，如果将He-Ne激光器本身置于亚纳秒激光器的光路中，假如在测试过程中一旦因操作不当而引起亚纳秒激光或纳秒激光透射，透射的激光会损伤He-Ne激光器，而利用本方案，一旦发生透射，只会损伤相对廉价的第二平面反射镜，而不会损伤He-Ne激光器。第二平面反射镜与待测样品晶体之间设置的小孔光阑目的是：确保激光和晶体表面垂直。

实施例5：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例4所述，所不同的是，两个第二平面反射镜与水平面的夹角均为45度，以方便调整稳定光路。

实施例6：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，所述亚纳秒激光器、纳秒激光器均为紫外脉冲激光器。惯性约束聚变驱动器输出为紫外激光，与用长波长激光打靶相比，能大幅提高靶燃料对激光的吸收，显著增加消融能力，减少超热电子的产生。另外，相比于长波长激光，紫外激光的单光子能量高，造成晶体紫外激光损伤阈值低。采用紫外脉冲激光器，对应工程波长，且针对急需提高的晶体紫外激光损伤阈值。

紫外脉冲激光器输出单纵模激光，单纵模激光的中心波长均为355nm，偏振方向均为水平偏振。亚纳秒激光器输出激光脉冲的脉冲宽度为500ps，纳秒激光器输出激光脉冲的脉冲宽度为数纳秒，纳秒激光脉冲的脉冲宽度为5-6ns。美国利弗莫尔实验室的研究结果表明，晶体预处理的最佳激光光源为500ps的亚纳秒紫外激光器，而在惯性约束聚变激光驱动器中，紫外脉冲激光打靶的脉冲宽度约为3纳秒，因此本发明根据实际的工程应用，优选的纳秒激光器为脉冲宽度跟实际工程应用中激光参数相近的激光器。

实施例7：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，第一平面反射镜为355nm平面反射镜，第二平面反射镜为632.8nm平面反射镜。

实施例8：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，所述偏振片、第一平面反射镜所在平面与水平面的夹角均为45°。

实施例9：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，激光频率转换晶体为DKDP。

实施例10：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，激光频率转换晶体为LBO。

实施例11：

一种晶体激光预处理与点对点损伤测试方法，首先用亚纳秒激光器对待测样品晶体上的一点做预处理，随后用纳秒激光器对预处理过的待测样品晶体做在线点对点损伤测试。

预处理包括步骤如下：

(1)放置待测样品晶体13之前，首先确定聚焦透镜6的位置，以确保待测样品晶体13放置在聚焦透镜6的焦点位置，启动亚纳秒激光器1，在楔形板7一侧放置三个小孔光阑，即小孔光阑10、11、12，使亚纳秒激光脉冲同时通过三个小孔光阑，进而确定亚纳秒激光的光路，固定三个小孔光阑；通过能量计8测得楔形板7的分光能量并确定分光的能量比例关系，调整光斑分析仪9，通过计算机22实时监测激光脉冲的光斑形貌及光斑大小，然后关闭亚纳秒激光器1；

(2)放置待测样品晶体13，使楔形板7与待测样品晶体13之间有小孔光阑10、11，使第二平面反射镜18与待测样品晶体13之间有一个小孔光阑12，用调整夹具将待测样品晶体13固定于二维电动平移台，开启He-Ne激光器16，调整两个第二平面反射镜，使He-Ne光能通过三个小孔光阑和待测样品晶体13，由于小孔光阑10、11和12根据步骤(1)中亚纳秒激光的光路已经固定好，通过调整平面反射镜17和18使He-Ne激光也能依次通过小孔光阑10、11和12，以确保He-Ne光和亚纳秒激光共线；随后，调整待测样品晶体13使待测样品晶体13对He-Ne光的反射光能再次通过第二平面反射镜与待测样品晶体之间的小孔光阑12，以确保亚纳秒激光和纳秒激光脉冲能垂直入射到待测样品晶体13上，固定好待测样品晶体13；He-Ne激光器不仅用于确保亚纳秒激光和纳秒激光的准直共线，而且还用于CCD相机观测晶体表面及体内损伤的指示光；

(3)激光光斑的直径为十个毫米左右，而小孔光阑的孔径只有零点几个毫米，为了避免小孔光阑挡光，所以先移除楔形板7与待测样品晶体13之间的两个小孔光阑10、11，启动亚纳秒激光器1；水平偏振的亚纳秒激光脉冲，经偏振片5完全透射、聚焦透镜6、楔形板7分光，再聚焦到待测样品晶体13上，以低于晶体损伤阈值的亚纳秒激光脉冲对待测样品晶体13进行激光预处理；预处理结束，重新将两个小孔光阑10、11放置在光路上并固定好，通过两个小孔光阑再次确定亚纳秒激光光路(即确定待测样品晶体13上预处理点的位置)，确保亚纳秒激光和纳秒激光的严格共线，最后关闭亚纳秒激光器1。

纳秒激光脉冲对待测样品晶体的点对点损伤测试包括步骤如下：

(4)启动纳秒激光器2，水平偏振的纳秒激光脉冲通过半波片3使激光脉冲的偏振态改为竖直偏振，调整第一平面反射镜4和偏振片5，使纳秒激光脉冲也能依次经过聚焦透镜6、两个小孔光阑10、11，确保纳秒激光脉冲和亚纳秒激光脉冲共线(即准确找到亚纳秒脉冲的预处理点)；在启动纳秒激光器2之前，为防止激光脉冲辐照待测样品晶体13，在小孔光阑11与待测样品晶体13之间放置塑料泡沫；

(5)移除楔形板7与待测样品晶体13之间的两个小孔光阑10、11，移除第二平面反射镜18与待测样品晶体13之间的一个小孔光阑12，使纳秒激光脉冲入射到预处理过的待测样品晶体13上；通过He-Ne激光器14和CCD相机21观测样品晶体13前表面的损伤情况，通过He-Ne激光器16和CCD相机20观测样品晶体13的体内损伤情况，通过He-Ne激光器15和CCD相机19观测样品晶体13后表面的损伤情况；

(6)通过楔形板7的分光的能量比例关系和能量计8的读数，确定入射到待测样品晶体13表面的能量大小；通过光斑分析仪9和计算机22得到聚焦光斑尺寸；计算纳秒激光脉冲辐照到待测样品晶体13上的激光能量密度，进而得到待测样品晶体13的损伤阈值。

上述对实施例的描述是为便于该领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域的技术人员显然非常容易的将在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其特征在于，包括并排设置的一台亚纳秒激光器、一台纳秒激光器；

纳秒激光器一端设有半波片、第一平面反射镜；所述半波片用于将纳秒激光器射出的水平偏振光改为竖直偏振光；

亚纳秒激光器一端顺次设有偏振片、聚焦透镜、楔形板、小孔光阑、待测样品晶体、小孔光阑，楔形板一边设有能量计、光斑分析仪，光斑分析仪与计算机相连，待测样品晶体两边分别设有He-Ne激光器和CCD相机，CCD相机与计算机相连，所述偏振片对竖直偏振的激光脉冲完全反射，对水平偏振的激光脉冲完全透射。

2.根据权利要求1所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其特征在于，楔形板与待测样品晶体之间小孔光阑的数量为两个；

优选的，小孔光阑的孔径为0.2mm。

3.根据权利要求1所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其特征在于，待测样品晶体一边设有三个CCD相机，待测样品晶体另一边设有三个He-Ne激光器；

优选的，其中一个He-Ne激光器通过两个第二平面反射镜使He-Ne激光光路与亚纳秒、纳秒激光光路共线，第二平面反射镜与待测样品晶体之间设有一个小孔光阑，两个第二平面反射镜均置于二维调整镜架上；

进一步优选的，两个第二平面反射镜与水平面的夹角均为45度。

4.根据权利要求1所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其特征在于，所述亚纳秒激光器、纳秒激光器均为紫外脉冲激光器；

优选的，紫外脉冲激光器输出单纵模激光，单纵模激光的中心波长均为355nm，偏振方向均为水平偏振；

进一步优选的，亚纳秒激光器输出激光脉冲的脉冲宽度为500ps，纳秒激光器输出激光脉冲的脉冲宽度为数纳秒，纳秒激光脉冲的脉冲宽度为5-6ns。

5.根据权利要求3所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其特征在于，第一平面反射镜为355nm平面反射镜，第二平面反射镜为632.8nm平面反射镜。

6.根据权利要求3所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其特征在于，所述偏振片、第一平面反射镜、第二平面反射镜所在平面与水平面的夹角均为45°。

7.根据权利要求1所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试装置，其特征在于，所述待测样品晶体为激光频率转换晶体，激光频率转换晶体为KDP、DKDP、LBO中的一种；

优选的，所述聚焦透镜为焦距2m以上的长焦距透镜，聚焦透镜的材质为熔石英。

8.一种晶体激光预处理与点对点损伤测试方法，首先用亚纳秒激光器对待测样品晶体上的一点做预处理，随后用纳秒激光器对预处理过的待测样品晶体做点对点损伤测试。

9.根据权利要求8所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试方法，其特征在于，预处理包括步骤如下：

(1)确定聚焦透镜的位置，启动亚纳秒激光器，在楔形板一侧放置三个小孔光阑，使亚纳秒激光脉冲同时通过三个小孔光阑，确定亚纳秒激光的光路，固定三个小孔光阑；通过能量计测得楔形板的分光能量并确定分光的能量比例关系，调整光斑分析仪，通过计算机实时监测激光脉冲的光斑形貌及光斑大小，然后关闭亚纳秒激光器；

(2)放置待测样品晶体，使楔形板与待测样品晶体之间有两个小孔光阑，使第二平面反射镜与待测样品晶体之间有一个小孔光阑，用调整夹具将待测样品晶体固定于二维电动平移台，开启He-Ne激光器，调整两个第二平面反射镜，使He-Ne光能通过三个小孔光阑和待测样品晶体；随后，调整待测样品晶体使待测样品晶体对He-Ne光的反射光能再次通过第二平面反射镜与待测样品晶体之间的小孔光阑，固定好待测样品晶体；

(3)移除楔形板与待测样品晶体之间的两个小孔光阑，启动亚纳秒激光器；水平偏振的亚纳秒激光脉冲，经偏振片完全透射、聚焦透镜、楔形板分光，再聚焦到待测样品晶体上，以低于晶体损伤阈值的亚纳秒激光脉冲对待测样品晶体进行激光预处理；预处理结束，重新将两个小孔光阑放置在光路上并固定，通过两个小孔光阑再次确定亚纳秒激光光路，最后关闭亚纳秒激光器。

10.根据权利要求8所述的晶体激光预处理与点对点损伤测试方法，其特征在于，纳秒激光脉冲对待测样品晶体的点对点损伤测试包括步骤如下：

(4)启动纳秒激光器，水平偏振的纳秒激光脉冲通过半波片使激光脉冲的偏振态改为竖直偏振，调整第一平面反射镜和偏振片，使纳秒激光脉冲也能依次经过聚焦透镜、两个小孔光阑；优选的，在启动纳秒激光器之前，在小孔光阑与待测样品晶体之间放置塑料泡沫；

(5)移除楔形板与待测样品晶体之间的两个小孔光阑和第二平面反射镜与待测样品晶体之间的一个小孔光阑，使纳秒激光脉冲入射到预处理过的待测样品晶体上；通过He-Ne激光器和CCD相机观测待测样品晶体的损伤情况；

(6)通过楔形板的分光的能量比例关系和能量计的读数，确定入射到待测样品晶体表面的能量大小；通过光斑分析仪和计算机得到聚焦光斑尺寸；计算纳秒激光脉冲辐照到待测样品晶体上的激光能量密度，进而得到待测样品晶体的损伤阈值。