CN113484326A - 一种集成式激光损伤表面观测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成式激光损伤表面观测系统，样品损伤表面经LED光源照明后，由同轴系统上的显微物镜、管式透镜和CCD相机放大成像，在计算机中实时显示，进行图像处理。对不透光样品可采用反射式观测，对透光样品可采用透射式观测，采用同轴系统将显微物镜、管式透镜和CCD相机集成化、一体化，保证了入射光线共轴，且可移动同轴系统进行调焦，能够有效减小像差，便于调节光路。系统装置结构简单，自组式设计，放大倍数可调，成本低，能够从表面细微结构变化层面，测量损伤程度，可应用在激光损伤、激光毁伤等技术领域。

Description

一种集成式激光损伤表面观测系统
技术领域
本发明涉及激光损伤技术领域，尤其涉及一种集成式激光损伤表面观测系统。
背景技术
随激光技术的发展，高能激光损伤效应及评估技术已成为现代科技、现代武器的重要一环，对受高能激光辐射后的样品损伤表面进行有效观测，对不同损伤程度进行评估，具有十分重要的意义。
然而，现有激光损伤样品表面观测系统中，存在下述问题：
(1)小型光学显微镜的LED光源多安装在样品台的正上方，只能采用透射式观测，测试可透光样品，无法观测不透光的样品；
(2)反射式显微镜的实验装置较大，无法做到集成式，多为大型仪器对样品表面进行观测，成本较高，如场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜等；
(3)没有保证从样品表面的入射光线与CCD相机共轴的同轴系统，每次移动与更换样品台、显微物镜或CCD相机都需要重新调整光路及调整各部件的高度，会带来像差且操作麻烦；
(4)目前缺少合适的、能够用于激光损伤实验中损伤表面观测的集成式实验系统。
因此，本发明提出一种轻小型、集成式的激光损伤表面观测系统，能够从表面细微结构变化层面，测量损伤程度，可应用在激光损伤、激光毁伤等技术领域。
发明内容
为了解决现有激光损伤样品表面观测系统中的上述缺陷，本发明提供一种集成式激光损伤表面观测系统，并给出观测损伤表面的试验流程。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种集成式激光损伤表面观测系统，包括：LED光源-1，显微物镜-2，管式透镜-3，CCD相机-4，夹持装置-5，待观测样品-6，升降圆柱-7，齿轮滑板-8，同轴系统-9，计算机-10，其中：待观测样品-6通过夹持装置-5固定，观测照明光源由LED光源-1出射，经样品表面反射后，进入显微物镜-2；显微物镜-2、管式透镜-3和CCD相机-4组成显微观测系统，置于同轴系统-9上保证入射光线共轴，同轴系统-9由升降圆柱-7和齿轮滑板-8组成，并可水平或竖直移动；样品损伤表面经显微观测系统的CCD相机-4成像后，在计算机-10中实时显示，做图像处理后得到表面细微结构变化及损伤程度，观测损伤表面。
本发明中，所述的观测照明光源还包括连续激光器。
本发明中，所述的待观测样品包括透明样品和不透明样品，具体包括砷化镓电池片、硅片、钢靶、铝靶、铜靶、钛靶、石英片、碳纤维、有机玻璃、金属膜和介质膜。
本发明中，所述显微物镜、管式透镜和CCD相机的像心应位于同一水平线、同一高度上。
本发明中，所述的CCD相机感光元件应位于管式透镜的焦点。
本发明中，所述同轴系统的放大倍数可根据显微物镜与管式透镜之间的距离实现可调，但不超过显微物镜的放大倍数。
本发明提出的集成式激光损伤表面观测系统的试验流程，具体步骤如下：
(1)将待观测样品置于损伤表面观测系统中，打开LED照明光源；
(2)通过调节同轴系统移动，得到样品损伤表面经显微物镜、管式透镜和CCD相机放大后所成清晰的像；
(3)在计算机中进行图像处理，得到表面细微结构变化及损伤程度，观测损伤表面。与现有技术相比，本发明的技术效果包括：
(1)提出一种轻小型、集成式的激光损伤表面观测实验系统，系统装置结构简单，自组式设计，放大倍数可调，成本低，能够从表面细微结构变化层面，测量损伤程度，可应用在激光损伤、激光毁伤等技术领域。
(2)系统照明LED光源对不透光样品可采用反射式观测，对透光样品可采用透射式观测，适用范围广，还可采用小功率的连续激光器作为照明光源，提高损伤位置的聚焦成像能力和分辨率。
(3)采用同轴系统将显微物镜、管式透镜和CCD相机集成化、一体化，保证了入射光线共轴，且可通过移动同轴系统进行调焦，能够有效减小像差，便于调节光路。
(4)通过与CCD相连的计算机可以实时观测样品的损伤表面信息，实时进行图像处理分析，较为高效便捷。
附图说明
图1是本发明提供的集成式激光损伤表面观测系统整体结构示意图。
图2是对可透光样品进行观测时的整体结构示意图。
图3是利用本系统对受激光损伤后的硅片表面进行观测的照片。
图4是更换高倍显微物镜后，对受激光损伤后的硅片表面进行观测的照片。
图中标号：1为LED光源，2为显微物镜，3为管式透镜，4为CCD相机，5为夹持装置，6为待观测样品，7为升降圆柱，8为齿轮滑板，9为同轴系统，10为计算机。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，以下采用实施例对本发明技术方案作详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述的实施例。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。
实施例1
如图1所示，一种集成式激光损伤表面观测系统，包括：LED光源-1，显微物镜-2，管式透镜-3，CCD相机-4，夹持装置-5，受激光损伤的硅片-6，升降圆柱-7，齿轮滑板-8，同轴系统-9，计算机-10。
其中：受激光损伤的硅片-6通过夹持装置-5固定，观测照明光源由LED光源-1出射，经硅片表面反射后，进入显微物镜-2；显微物镜-2、管式透镜-3和CCD相机-4组成显微观测系统，置于同轴系统-9上保证入射光线共轴，同轴系统-9由升降圆柱-7和齿轮滑板-8组成，并可水平或竖直移动；硅片损伤表面经显微观测系统的CCD相机-4成像后，在计算机-10中实时显示，如图3所示，得到表面细微结构变化及损伤程度，对比观测损伤表面。
所述显微物镜、管式透镜和CCD相机的像心位于同一水平线、同一高度上，以减小像差。
所述的管式透镜的焦点为10cm，CCD相机感光元件距离管式透镜10cm。
所述显微物镜的放大倍数为10倍，同轴系统的放大倍数调整到5倍。
一种利用上述实验系统的试验流程，包括以下步骤：
(1)将受激光损伤的硅片置于损伤表面观测系统中，打开LED照明光源；
(2)通过调节同轴系统移动，得到硅片损伤表面经显微物镜、管式透镜和CCD相机放大后所成清晰的像；
(3)在计算机中进行灰度图像处理和二值化处理，得到表面细微结构变化及损伤程度，观测损伤表面。
如图2所示为测试可透光样品，如石英玻璃、光学薄膜时的系统装置示意图。
如图4所示为更换40倍显微物镜后，受激光损伤后的硅片表面放大20倍的观测照片。

Claims (7)

1.一种集成式激光损伤表面观测系统，其特征在于包括：LED光源-1，显微物镜-2，管式透镜-3，CCD相机-4，夹持装置-5，待观测样品-6，升降圆柱-7，齿轮滑板-8，同轴系统-9，计算机-10，其中：待观测样品-6通过夹持装置-5固定，观测照明光源由LED光源-1出射，经样品表面反射后，进入显微物镜-2；显微物镜-2、管式透镜-3和CCD相机-4组成显微观测系统，置于同轴系统-9上保证入射光线共轴，同轴系统-9由升降圆柱-7和齿轮滑板-8组成，并可水平或竖直移动；样品损伤表面经显微观测系统的CCD相机-4成像后，在计算机-10中实时显示，做图像处理后得到表面细微结构变化及损伤程度，观测损伤表面。
2.根据权利要求1所述的一种集成式激光损伤表面观测系统，其特征在于，所述的观测照明光源还包括连续激光器。
3.根据权利要求1所述的一种集成式激光损伤表面观测系统，其特征在于，所述的待观测样品包括透明样品和不透明样品，具体包括砷化镓电池片、硅片、钢靶、铝靶、铜靶、钛靶、石英片、碳纤维、有机玻璃、金属膜和介质膜。
4.根据权利要求1所述的一种集成式激光损伤表面观测系统，其特征在于，所述显微物镜、管式透镜和CCD相机的像心应位于同一水平线、同一高度上。
5.根据权利要求1所述的一种集成式激光损伤表面观测系统，其特征在于，所述的CCD相机感光元件应位于管式透镜的焦点。
6.根据权利要求1所述的一种集成式激光损伤表面观测系统，其特征在于，所述同轴系统的放大倍数可根据显微物镜与管式透镜之间的距离实现可调。
7.一种如权利要求1所述的集成式激光损伤表面观测系统的试验流程，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将待观测样品置于损伤表面观测系统中，打开LED照明光源；
(2)通过调节同轴系统移动，得到样品损伤表面经显微物镜、管式透镜和CCD相机放大后所成清晰的像；
(3)在计算机中进行图像处理，得到表面细微结构变化及损伤程度，观测损伤表面。
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