CN112388156B - 一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置 - Google Patents

一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置，运用高能量重复率脉冲激光经能量调节和准直扩束形成大尺寸光斑对光学元件进行激光预处理照射，同时光学元件吸收型缺陷由于吸收照射激光束能量在样品内形成瞬态温度分布及折射率分布。经过一定延时后，由另一束低能量脉冲激光经准直扩束形成大尺寸探测光斑照射光学元件被预处理激光照射的相同区域，其一定传输距离后的透射或反射衍射光场分布由CCD记录。通过分析处理CCD记录的衍射光场图像特征确定光学元件被照射区域是否存在吸收型缺陷以及相应特征，通过扫描实现大口径光学元件全口径激光预处理和吸收型缺陷的高分辨成像检测。

Description

一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联 合装置
技术领域
本发明涉及光学元件激光预处理和检测领域，特别涉及一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷分布的高分辨成像检测的联合装置。
背景技术
在高能激光系统如激光点火装置中，大量使用了大口径光学元件，这些光学元件的激光损伤阈值直接决定了整个高能激光系统的承载能力和长时间稳定运行能力。为了提高这些大口径光学元件的激光损伤阈值，通常采用激光预处理技术对光学元件进行处理。通过采用低于激光损伤阈值能量密度的激光束对光学元件进行照射处理去除损伤缺陷或表面污染，可有效提高光学元件的激光损伤阈值。
另一方面，大口径光学元件吸收性缺陷分布的表征与控制尤为重要，因为吸收会导致激光能量损失、光束质量下降、甚至激光损伤的发生。而光学元件的吸收型缺陷是导致上述问题的一个主要原因。光学元件吸收型缺陷通常采用光热测量技术进行表征，其基本测量原理为：用一束聚焦的加热激光束照射光学元件，光学元件的吸收性缺陷由于光吸收以及热扩散会导致样品中产生具有一定特征的温升分布；根据热光效应和热弹效应理论，上述温升分布伴随着材料折射率改变的分布或表面热变形；然后用另一束探测激光经过该折射率改变或表面热变形的区域从而产生衍射，通过探测衍射光场的分布特征来确定光学元件的光吸收特性。基于光热测量原理，并针对大口径光学元件的缺陷检测需求，中国专利申请号201811470960.9的专利申请“一种大口径光学元件表面吸收型缺陷分布快速成像的方法”提出了采用大尺寸照射和探测激光光斑、成像CCD面阵探测的脉冲光热测量技术及二维扫描实现大口径光学元件吸收型缺陷的全口径成像检测。在该大光斑光热测量技术中所使用的照射激光束特性(包括光斑尺寸、能量密度、重复率、扫描方式等)与大口径光学元件激光预处理技术中照射激光束特性相似。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：如何在大口径光学元件激光预处理的基础上，同时集成并实现对大口径光学元件吸收型缺陷的全口径成像检测。
为实现上述目的，本发明提出一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置，主要由以下部分组成：高能量重复率脉冲激光1、能量调节装置2、光开关3、光束整形及准直扩束系统4、聚焦透镜5、楔形分光镜6、光束诊断单元7、脉冲能量监测单元8、大口径光学元件9、二维扫描样品台10、低能量重复率脉冲探测激光11、探测光束准直扩束系统12、成像光学系统13、窄带滤光片14、成像CCD15和控制计算机16组成；高能量重复率脉冲激光输出的激光脉冲经能量调节和光束整形后(聚焦)照射到大口径光学元件上进行激光预处理；同时由于大口径光学元件表面及亚表面的吸收型缺陷吸收照射激光束能量产生温升以及热扩散在样品内形成瞬态温度分布以及折射率分布，经过一定的时间延迟后，另一束低能量探测激光脉冲经过准直扩束形成一定尺寸探测光斑照射到大口径光学元件被高能量激光脉冲照射的相同区域，其透射或者反射的衍射光场分布经4f成像光学系统和窄带滤光片后被成像CCD记录，通过控制高能量照射激光脉冲和低能量探测激光脉冲之间的延迟时间并分析CCD记录的衍射光场图像特征确定大口径光学元件被照射区域是否存在吸收型缺陷以及相应特征。
所述高能量重复率脉冲激光能量由脉冲能量监测单元测量，照射到大口径光学样品的光斑尺寸光束诊断单元测量，照射到大口径光学样品的能量密度根据被照射光学元件激光预处理所需的能量密度通过能量调节装置设定，采用多脉冲激光预处理方式，单一位置激光预处理脉冲数由所需预处理效果和吸收型缺陷成像检测所需的CCD信号信噪比确定，并考虑激光预处理效率。
所述高能量重复率脉冲激光的重复率、低能量探测脉冲激光的重复率、以及成像CCD的帧频完全相同；或者，低能量探测脉冲激光的重复率与成像CCD的帧频完全相同，并为高能量重复率脉冲激光的重复率的两倍；高能量重复率脉冲激光和低能量探测脉冲激光之间的延时t由控制计算机中的延时控制单元控制，低能量探测脉冲激光和成像CCD之间严格同步，成像CCD由控制计算机中的延时控制单元送出的触发信号触发；吸收型缺陷导致的低能量探测激光脉冲衍射光场分布变化在高能量重复率脉冲激光的重复率和低能量探测脉冲激光的重复率相同时由被测衍射光场与无高能量重复率脉冲激光照射时的光场分布差值确定，在低能量探测脉冲激光的重复率为高能量重复率脉冲激光的重复率的两倍时由两相邻探测激光脉冲之间的光场分布差值确定，最终分析的CCD图像为多次测量取平均的图像。
所述从大口径光学元件表面透射或反射的探测激光脉冲衍射光场分布采用近场探测，探测平面与被测大口径光学元件表面的最优距离近似为4πDt/λ，其中λ为探测脉冲激光波长，D为被测大口径光学元件的热扩散率，t为高能量激光脉冲与低能量探测激光脉冲之间的延迟时间，可通过理论计算或实验确定；4f成像光学系统将探测平面衍射光场分布成像到成像CCD探测面实现近场探测，成像CCD对探测激光脉冲波长敏感，且衍射光场分布被成像CCD完全探测。
所述放置于成像CCD前的窄带滤光片完全滤除高能量重复率脉冲激光、仅通过探测脉冲激光。
所述通过将大口径光学元件放置于二维扫描样品台并通过控制计算机控制二维扫描样品台对大口径光学元件进行全口径二维扫描，实现大口径光学元件的激光预处理，并获得大口径光学元件吸收型缺陷的全口径分布及特征。
本发明的优点是：在对大口径光学元件进行激光预处理的同时可以实现大口径光学元件吸收型缺陷分布的快速成像检测，极大地提高了大口径光学元件的处理和检测效率，有效降低了高能激光系统的建设和运行成本。
附图说明
图1为本发明的透射式检测装置结构示意图，其中1为高能量重复率脉冲激光、2为能量调节装置、3为光开关、4为光束整形及准直扩束系统、5为聚焦透镜、6为楔形分光镜、7为光束诊断单元、8为脉冲能量监测单元、9为大口径光学元件、10为二维扫描样品台、11为低能量重复率脉冲探测激光、12为探测光束准直扩束系统、13为成像光学系统、14为窄带滤光片、15为成像CCD、16为控制计算机，控制计算机中包括延时控制单元。
图2为本发明的反射式检测装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1-2具体描述本发明提出的一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，不应该理解成对本发明的限制。装置的具体组成如下：高能量重复率脉冲激光1、能量调节装置2、光开关3、光束整形及准直扩束系统4、聚焦透镜5、楔形分光镜6、光束诊断单元7、脉冲能量监测单元8、大口径光学元件9、二维扫描样品台10、低能量重复率脉冲探测激光11、探测光束准直扩束系统12、成像光学系统13、窄带滤光片14、成像CCD15和控制计算机16。
由高能量重复率脉冲激光(例如波长355nm、单脉冲能量1J、脉冲宽度10ns、重复率10Hz)输出的激光脉冲经能量调节和光束整形后照射到大口径光学元件上(光斑约5mm×5mm)进行激光预处理，预处理能量密度约为4J/cm2，单一位置照射脉冲10-20个。同时经过一定的时间延迟后，另一束低能量探测激光脉冲(例如波长532nm或266nm、单脉冲能量0.1-1mJ、重复率10Hz或者20Hz)经过准直扩束形成一定尺寸探测光斑(约大于5mm×5mm)照射到大口径光学元件被高能量激光脉冲照射的相同区域，其透射(图1)或者反射(图2)的衍射光场分布经4f成像光学系统和窄带滤光片后被成像CCD记录，通过控制高能量照射激光脉冲和低能量探测激光脉冲之间的延迟时间并分析CCD记录的衍射光场图像特征确定大口径光学元件被照射区域是否存在吸收型缺陷以及相应特征。通过优化系统核心参数，包括高能量照射激光脉冲与低能量探测激光脉冲之间的延迟时间以及大口径光学元件被测表面与衍射光场探测平面的距离(与大口径光学元件材料的热扩散率、吸收型缺陷尺寸、成像CCD单像素有效探测尺寸等因素相关)，实现大口径光学元件吸收型缺陷的快速成像检测。

Claims (6)

1.一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测方法，由以下部分组成：高能量重复率脉冲激光(1)、能量调节装置(2)、光开关(3)、光束整形及准直扩束系统(4)、聚焦透镜(5)、楔形分光镜(6)、光束诊断单元(7)、脉冲能量监测单元(8)、大口径光学元件(9)、二维扫描样品台(10)、低能量重复率脉冲探测激光(11)、探测光束准直扩束系统(12)、成像光学系统(13)、窄带滤光片(14)、成像CCD(15)和控制计算机(16)组成；高能量重复率脉冲激光输出的激光脉冲经能量调节和光束整形聚焦后照射到大口径光学元件上进行激光预处理；同时由于大口径光学元件表面及亚表面的吸收型缺陷吸收照射激光束能量产生温升以及热扩散在样品内形成瞬态温度分布以及折射率分布，经过一定的时间延迟后，另一束低能量探测激光脉冲经过准直扩束形成探测光斑照射到大口径光学元件被高能量激光脉冲照射的相同区域，其透射或者反射的衍射光场分布经成像光学系统和窄带滤光片后被成像CCD记录，通过控制高能量照射激光脉冲和低能量探测激光脉冲之间的延迟时间并分析CCD记录的衍射光场图像特征确定大口径光学元件被照射区域是否存在吸收型缺陷以及相应特征。
2.根据权利要求1所述的一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测方法，其特征在于：高能量重复率脉冲激光(1)的脉冲能量由脉冲能量监测单元(8)测量，照射到大口径光学元件(9)的光斑尺寸由光束诊断单元(7)测量，照射到大口径光学元件(9)的能量密度根据被照射光学元件激光预处理所需的能量密度通过能量调节装置(2)设定，采用多脉冲激光预处理方式，单一位置激光预处理脉冲数由所需预处理效果和吸收型缺陷成像检测所需的CCD(15)信号信噪比确定，并考虑激光预处理效率。
3.根据权利要求1所述的一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测方法，其特征在于：高能量重复率脉冲激光(1)的重复率、低能量重复率脉冲探测激光(11)的重复率、以及成像CCD(15)的帧频完全相同；或者，低能量重复率脉冲探测激光(11)的重复率与成像CCD(15)的帧频完全相同，并为高能量重复率脉冲激光(1)的重复率的两倍；高能量重复率脉冲激光(1)和低能量重复率脉冲探测激光(11)之间的延时t由控制计算机(16)中的延时控制单元控制，低能量重复率脉冲探测激光(11)和成像CCD(15)之间严格同步，成像CCD(15)由控制计算机(16)中的延时控制单元送出的触发信号触发；吸收型缺陷导致的低能量探测激光脉冲衍射光场分布变化在高能量重复率脉冲激光的重复率和低能量探测脉冲激光的重复率相同时由被测衍射光场与无高能量重复率脉冲激光照射时的光场分布差值确定，在低能量探测脉冲激光的重复率为高能量重复率脉冲激光的重复率的两倍时由两相邻探测激光脉冲之间的光场分布差值确定，最终分析的CCD图像为多次测量取平均的图像。
4.根据权利要求1所述的一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测方法，其特征在于：从大口径光学元件(9)表面透射或反射的探测激光脉冲衍射光场分布采用近场探测，探测平面与被测大口径光学元件表面的最优距离为4πDt/λ，其中λ为探测脉冲激光波长，D为被测大口径光学元件的热扩散率，t为高能量激光脉冲与低能量探测激光脉冲之间的延迟时间，可通过理论计算或实验确定；成像光学系统(13)将探测平面衍射光场分布成像到成像CCD(15)探测面实现近场探测，成像CCD(15)对探测激光脉冲波长敏感，且衍射光场分布被成像CCD(15)完全探测。
5.根据权利要求1所述的一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测方法，其特征在于：放置于成像CCD(15)前的窄带滤光片完全滤除高能量重复率脉冲激光、仅通过探测脉冲激光。
6.根据权利要求1所述的一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测方法，其特征在于：通过将大口径光学元件放置于二维扫描样品台并通过控制计算机控制二维扫描样品台对大口径光学元件进行全口径二维扫描，实现大口径光学元件的激光预处理，并获得大口径光学元件吸收型缺陷的全口径分布及特征。
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5347418B2 (ja) * 2008-10-10 2013-11-20 新日鐵住金株式会社 表面欠陥検査システム、方法及びプログラム
CN103100792B (zh) * 2013-03-12 2015-04-22 合肥知常光电科技有限公司 带在线检测的光学元件激光预处理及修复的装置及方法
CN207441662U (zh) * 2017-09-14 2018-06-01 旭科新能源股份有限公司 一种太阳能电池激光划刻线的缺陷检测系统
CN111122599A (zh) * 2019-12-25 2020-05-08 电子科技大学 一种大口径反射薄膜元件吸收型缺陷快速成像的方法

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