CN116559145A - 一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置及测试方法，包括激光发射单元、光束分离单元、扩束器单元、激光测试单元、自动位移测试单元、拉曼光谱信号分离与采集单元、光谱仪单元和计算机控制单元，激光发射单元输出脉冲激光束，光束分离单元、扩束器单元、激光测试单元沿脉冲激光束的光路方向依次设置，自动位移测试单元设置在扩束器单元的焦点位置，拉曼光谱信号分离与采集单元与光谱仪单元依次设置在光束分离单元的透射方向，计算机控制单元与光谱仪单元电连接。本发明可实现不规则矿物样品的激光烧蚀阈值测试，并提供了显微图像与拉曼光谱结合的测试方法，使得烧蚀阈值的测试更为准确，提高了测试的自动化程度和测试效率。

Description

一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于激光测量技术领域，尤其涉及一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置及测试方法。

背景技术

作为一种主动光谱技术，拉曼光谱仪的信号质量与激光的能量大小密切相关。若激光能量密度过高，产生激光烧蚀，会导致探测样品的熔融、汽化、非晶化或溅射，改变待测样品的理化性质，影响拉曼光谱的探测。在不烧蚀待测样品的情况下，待测样品表面的激光功率密度与激发出的拉曼信号强度正相关。因此，为保证拉曼光谱仪获取到尽可能高质量的拉曼信号，又不造成待测样品的烧蚀，需要在实验室内表征常见矿物及部分有机物的激光烧蚀阈值，指导激光器能量的设置。

目前，激光烧蚀阈值的研究的对象主要为激光光学元件或晶体材料，矿物样品的激光烧蚀阈值测试方法较少。一般光学元件的阈值测试通常是利用特定的激光烧蚀阈值测试平台通过透镜进行激光会聚，利用位移平台逐点进行损伤测试，并通过图像或目视检查照射点是否烧蚀。现有的激光烧蚀阈值测试平台需要的实验器件冗余，实验占用空间过大，实验仪器价格高昂，且通常只能对形状规则的光学元件或晶体材料进行测试，测试需要大量的人力及时间，在元件面积大或需要测量多脉冲激光损伤阈值时尤为耗时。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题之一，提供一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置及测试方法，通过获取形状不规则的矿物样品的显微图像及拉曼光谱的方法，表征其激光烧蚀阈值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，包括：

激光发射单元：用于输出脉冲激光束，并调节输出激光的功率；

自动位移测试单元：用于放置待测样品，并使得待测样品三维移动；

光束分离单元：设置在脉冲激光束的射出方向上，用于反射脉冲激光束，并透射脉冲激光束在待测样品表面激发的拉曼散射光；

扩束器单元：沿脉冲激光束的光路设置在光束分离单元的的反射方向上，用于改变脉冲激光束的光束直径，以及，收集并透射脉冲激光束在待测样品表面激发的拉曼散射光；自动位移测试单元沿脉冲激光束的光路设置在扩束器单元的焦点位置；

激光测试单元：可移入移出的设置在扩束器单元与自动位移测试单元之间，用于测量待测样品表面的激光功率以及待测样品表面的光斑的形状与直径；

拉曼光谱信号分离与采集单元：沿扩束器单元收集的拉曼散射光的光路设置在光束分离单元的透射方向，用于消除脉冲激光束在待测样品表面激发的瑞利散射光；

光谱仪单元：沿扩束器单元收集的拉曼散射光的光路设置在拉曼光谱信号分离与采集单元的焦点位置，用于接收拉曼散射光，并将拉曼散射光信号转换为拉曼散射电信号；

计算机控制单元：与激光发射单元电连接，用于调节激光发射单元的激光发射参数；与自动位移测试平台电连接，用于调整自动位移测试平台上待测样品的位置；与光谱仪单元电连接，用于调节光谱仪单元的光谱采集参数，并且，用于采集光谱仪单元输出的拉曼散射电信号，基于拉曼散射电信号绘制拉曼光谱。

本发明一些实施例中，进一步包括：

显微成像单元：设置在光束分离单元与扩束器单元之间，用于采集待测样品的表面图像信息；显微成像单元包括显微成像相机、长波通滤光片以及第一翻转安装座，长波通滤光片安装在第一翻转安装座上，第一翻转安装座用于旋转长波通滤光片，使其移入或移出脉冲激光束的光路；

计算机控制单元与显微成像单元电连接，用于调节显微成像单元的显微成像参数，并且，用于获取显微成像单元采集的待测样品表面图像信息，基于表面图像信息判断待测样品的烧蚀情况。

本发明一些实施例中，激光发射单元包括脉冲激光器、激光衰减器、第一全反镜和第二全反镜，激光衰减器设置在脉冲激光器的出光口，用于改变脉冲激光束的脉冲能量，第一全反镜设置在激光衰减器的出射光路上，第二全反镜设置在第一全反镜的反射光路上，第一全反镜、第二全反镜均用于改变脉冲激光束的方向。

本发明一些实施例中，扩束器单元包括沿脉冲激光束的光路方向依次设置的变倍透镜、固定透镜、补偿透镜，通过改变变倍透镜、固定透镜、补偿透镜的相对位置，调节扩束器单元的放大倍率与焦距。

本发明一些实施例中，激光测试单元包括光束质量分析仪、第三全反镜和第二翻转安装座，第三全反镜安装在第二翻转安装座上，第二翻转安装座用于旋转第三全反镜，使其移入或移出脉冲激光束的光路，第三全反镜用于将脉冲激光束反射进入光束质量分析仪，光束质量分析仪设置在第三全反镜的反射光路上，用于测量待测样品表面的激光功率以及待测样品表面的光斑的形状与直径。

本发明一些实施例中，拉曼光谱信号分离与采集单元包括沿扩束器单元收集的拉曼散射光的光路依次设置的收集透镜和高通滤波器，收集透镜用于将拉曼散射光耦合进光谱仪单元，高通滤波器用于消除脉冲激光束在待测样品表面激发的瑞利散射光。

本发明一些实施例进一步提供一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法，包括以下步骤：

S1：确定待测样品表面的烧蚀测试原点，基于烧蚀参考原点设定测试网格；

S2：获取测试网格中各测试点的初始显微图像以及各测试点的初始拉曼信号；

S3：选取一个测试点，使用脉冲激光束辐照该测试点，调节并记录该测试点待测样品表面的激光功率和光斑形状，调节过程中，拍摄该测试点待测样品表面的的显微图像并获取该测试点待测样品表面的拉曼光谱，基于显微图像和拉曼光谱判断待测样品的损伤情况，记录待测样品表面出现损伤时的激光功率、光斑直径及待测样品损伤的状态；

S4：调整待测样品位置，改变测试点，重复步骤S3，直至完成测试网格中所有测试点的测量，基于各测试点测得的激光功率、光斑直径及待测样品损伤状态分析获得待测样品的激光烧蚀阈值。

本发明一些实施例中，在执行步骤S1之前，还包括以下步骤：

检测激光烧蚀阈值测试装置并调试其至正常工作状态；

采集单晶硅片的拉曼光谱，以检验拉曼光谱仪的性能。

本发明一些实施例中，步骤S1的执行方法包括：

调节激光衰减器与扩束器单元，将激光能量密度调至最大，烧蚀待测样品，在待测样品表面产生可观测的烧蚀凹坑，记录烧蚀凹坑的点位，并将该点位作为烧蚀测试原点；

基于烧蚀测试原点设置多个测试点，多个测试点横纵排列形成测试网格。

本发明一些实施例中，步骤S3的执行方法包括：

调节激光衰减器与扩束器单元，逐步增加待测样品表面的激光功率，减小待测样品表面的光斑的直径，调节的过程中使用光束质量分析仪测量并记录待测样品表面的激光功率值以及待测样品表面的光斑的形状与直径。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所提供的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置设能够实现对不规则的矿物样品的激光烧蚀阈值测试；

2、本发明所提供的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置设有拉曼光谱信号分离与采集单元与光谱仪单元，能够收集转换拉曼散射光，并通过拉曼光谱的手段判断测试点的烧蚀情况，对烧蚀阈值的测试更为准确；

3、本发明提供的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置还设有显微成像单元，能够获取测试点的显微图像，相比于以往通过目视判断烧蚀情况的方法，对烧蚀阈值的测试更为准确；

4、本发明提供的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置通过自动位移平台自动调整待测样品的位置，提高了测试装置的自动化程度，提高了激光烧蚀阈值测试的效率；

5、本发明提供的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置通过光路联用，减小了测试装置的体积，简化了测试平台且对使用环境和运输条件要求较低，服务于拉曼光谱载荷研制、行星样品原位光谱测试、行星生命痕迹探索、行星有效载荷定标实验等，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图来详细说明本发明的具体实施例，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为激光烧蚀阈值测试装置结构示意图；

图2为激光烧蚀阈值测试装置中各单元结构示意图；

图3为基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法流程图；

其中，附图标记为：

100、激光发射单元；101、脉冲激光器；102、激光衰减器；103、第一全反镜；104、第二全反镜；

200、光束分离单元；

300、显微成像单元；301、长波通滤光片；302、显微成像相机；

400、扩束器单元；401、变倍透镜；402、固定透镜；403、补偿透镜；

500、激光测试单元；501、第三全反镜；502、光束质量分析仪；

600、自动位移测试单元；

700、拉曼光谱信号分离与采集单元；701、高通滤波器；702、收集透镜；

800、光谱仪单元；

900、计算机控制单元。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例及说明书附图，对本发明的技术方案作详细说明。

如附图1-2所示，在本发明一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置的一个示意性施例中，该测试装置包括激光发射单元100、自动位移测试单元600、扩束器单元400、激光测试单元500、拉曼光谱信号分离与采集单元700、光谱仪单元800和计算机控制单元900。

其中，激光发射单元100用于输出脉冲激光束，并且调节输出的激光的功率，在本实施例中，脉冲激光束为532nm波长的高斯光束。

自动位移测试单元600用于放置待测样品，并且能够使待测样品三维移动。激光发射单元100输出的532nm波长脉冲激光束依次经过光束分离单元200、扩束器单元400和激光测试单元500后会聚在待测样品的表面形成光斑，光斑范围内激发出与脉冲激光束波长相近的瑞利散射光和产生波数位移的拉曼散射光。

光束分离单元200设置在脉冲激光束的射出方向上，用于反射脉冲激光束，并且透射脉冲激光束在待测样品表面激发的瑞利散射光和拉曼散射光。

扩束器单元400沿脉冲激光束的光路设置在光束分离单元200的反射方向上，用于改变脉冲激光束的光束直径，以及，收集并透射脉冲激光束在待测样品表面激发的瑞利散射光和拉曼散射光。

激光测试单元500可移入移出的设置在扩束器单元400和自动位移测试单元600之间，用于测试待测样品表面的激光功率。

拉曼光谱信号分离与采集单元700沿被扩束器单元400收集的拉曼散射光的光路设置在光束分离单元200的透射方向，用于消除脉冲激光束在待测样品表面激发的瑞利散射光。

光谱仪单元800沿被扩束器单元400收集的拉曼散射光的光路设置在拉曼光谱信号分离与采集单元700的焦点位置，用于接收拉曼散射光，并将拉曼散射光信号转换为拉曼散射电信号。

计算机控制单元900与激光发射单元100、自动位移测试平台600、光谱仪单元800均通过数据线连接；计算机控制单元900包括激光器调节模块、自动位移测试平台控制模块、拉曼光谱绘制模块；其中，激光器调节模块用于调节激光发射单元100的激光发射参数，自动位移测试平台控制模块用于调整自动位移测试单元600上待测样品的位置，拉曼光谱绘制模块用于调节光谱仪单元800的光谱采集参数，例如积分时间、积累次数、增益倍数等，以及，用于采集光谱仪单元800输出的拉曼散射电信号，并基于拉曼散射电信号绘制拉曼光谱。

需要说明的是，本发明的激光发射单元100使用的脉冲激光器101是波长为532nm的绿色激光器，但是通过选择适宜的激光发射单元100、光束分离单元200以及拉曼光谱信号分离与采集单元700，本发明的原理也可以适用于使用其他波长激光的情形。

本发明一些实施例中，激光烧蚀阈值测试装置进一步包括显微成像单元300，显微成像单元300设置在光束分离单元200与扩束器单元400之间，用于采集待测样品的表面图像信息，以便更准确的判断待测样品表面的烧蚀情况。

显微成像单元300包括显微成像相机302、长波通滤光片301以及第一翻转安装座，其中，长波通滤光片301安装在第一翻转安装座上，第一翻转安装座用于90度旋转长波通滤光片301，使其移入或移出脉冲激光束的光路，显微成像相机302的工作谱段为460nm-540nm。

计算机控制单元900与显微成像相机302通过数据线连接，并且，计算机控制单元900进一步包括显微图像绘制模块，显微图像绘制模块用于调节显微成像相机302的显微成像参数，例如曝光时间，并且，用于获取显微成像相机302采集的待测样品表面图像信息，基于表面图像信息判断待测样品的烧蚀情况。

本发明一些实施例中，激光发射单元100包括脉冲激光器101、激光衰减器102、第一全反镜103和第二全反镜104，其中，激光衰减器102设置在脉冲激光器101的出光口，用于改变脉冲激光束的脉冲能量，第一全反镜103设置在激光衰减器102的出射光路上，第二全反镜104设置在第一全反镜103的反射光路上，第一全反镜103、第二全反镜104均用于改变脉冲激光束的方向。

本发明一些实施例中，自动位移测试平台600包括自定心光学夹持器、剪式升降台和两个步进电机，其中，自定心光学夹持器用于固定待测样品，两个步进电机分别用于控制自定心光学夹持器在x轴和y轴方向进行水平移动，剪式升降台用于调整自动位移测试平台600在z轴方向的相对高度。

本发明一些实施例中，光束分离单元200包括532nm二向色片，用于以45°反射激光发射单元100输出的532nm脉冲激光束，并且可以透射535nm-780nm的拉曼散射光。

本发明一些实施例中，扩束器单元400包括沿脉冲激光束的光路方向依次设置的变倍透镜401、固定透镜402、补偿透镜403，分别起变倍、固定、补偿的作用，通过改变变倍透镜401、固定透镜402、补偿透镜403的相对位置，可调节扩束器单元400的放大倍率与焦距。

本发明一些实施例中，激光测试单元500包括光束质量分析仪502、第三全反镜501和第二翻转安装座，第三全反镜501安装在第二翻转安装座上，第二翻转安装座用于旋转第三全反镜501，使其移入或移出脉冲激光束的光路，第三全反镜501用于将脉冲激光束反射进入光束质量分析仪502，光束质量分析仪502设置在第三全反镜501的反射光路上，用于测量待测样品表面的激光功率以及待测样品表面的光斑的形状与直径。

本发明一些实施例中，拉曼光谱信号分离与采集单元700包括沿扩束器单元400收集的拉曼散射光的光路依次设置的收集透镜702和高通滤波器701，其中，收集透镜702用于将拉曼散射光耦合进光谱仪单元800，高通滤波器701用于消除脉冲激光束在待测样品表面激发的瑞利散射光。

本发明所提供的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置的具体工作流程是：使用时，打开激光发射单元100的脉冲激光器101，脉冲激光器101输出532nm波长脉冲激光束，脉冲激光束射出时透过放置在脉冲激光器101出光口的激光衰减器102，并且依次被第一全反镜103和第二全反镜104反射改变光路方向，脉冲激光束被第二全反镜104反射后以45°入射在光束分离单元200上，并被光束分离单元200反射，激光脉冲束被光束分离单元200反射后依次经过扩束器单元400和激光测试单元500，最终会聚在自动位移测试单元600上的待测样品的表面，并在待测样品表面形成光斑，光斑范围内激发出与脉冲激光束波长相近的瑞利散射光和产生波数位移的拉曼散射光。脉冲激光束在经过激光测试单元500时被第三全反镜501反射进入光束质量分析仪502，以测量待测样品表面的激光功率以及待测样品表面的光斑的形状与直径。

激发得到的瑞利散射光和拉曼散射光反方向透过第三全反镜501和扩束器单元400，且在被扩束器单元400收集形成准直光束，准直光束从扩束器单元400射出后依次透过显微成像单元300和光束分离单元200进入拉曼光谱信号分离与采集单元700，准直光束经过显微成像单元300时被长波通滤光片301反射进入显微成像相机302形成显微图像，准直光束在拉曼光谱信号分离与采集单元700内经过532nm高通滤波器701消除瑞利散射光并被收集透镜702耦合进入光谱仪单元800，光谱仪单元800将拉曼散射光信号转化为拉曼散射电信号，并将拉曼散射电信号传输至计算机控制单元900，计算机控制单元900基于拉曼散射电信号绘制拉曼光谱，并对拉曼光谱进行处理，转换横坐标或减去暗电流，使之成为可供简便分析的拉曼谱图。

本发明还提供了一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法，如附图3所示，包括以下步骤。

S1：确定待测样品表面的烧蚀测试原点，基于烧蚀参考原点设定测试网格；

本发明一些实施例中，在执行步骤S1之前，还包括以下步骤：检测激光烧蚀阈值测试装置并调试其至正常工作状态；采集单晶硅片的拉曼光谱，以检验拉曼光谱仪的性能。

本发明一些实施例中，步骤S1的执行方法包括：调节激光衰减器102与扩束器单元400，将激光能量密度调至最大，烧蚀待测样品，在待测样品表面产生可观测的烧蚀凹坑，记录烧蚀凹坑的点位，并将该点位作为烧蚀测试原点；

基于烧蚀测试原点设置多个测试点，多个测试点横纵排列形成测试网格，测试网格中相邻测试点位间距可根据需要选择，本实施例中为3mm。

S2：获取测试网格中各测试点的初始显微图像以及各测试点的初始拉曼信号；

S3：选取一个测试点，使用脉冲激光束辐照该测试点，调节并记录该测试点待测样品表面的激光功率和光斑形状，调节过程中，拍摄该测试点待测样品表面的的显微图像并获取该测试点待测样品表面的拉曼光谱，基于显微图像和拉曼光谱判断待测样品的损伤情况，记录待测样品表面出现损伤时的激光功率、光斑直径及待测样品损伤的状态；

本发明一些实施例中，调节并记录该测试点待测样品表面的激光功率和光斑形状的方法包括：调节激光衰减器102与扩束器单元400，逐步增加待测样品表面的激光功率，减小待测样品表面的光斑直径，调节的过程中使用光束质量分析仪502测量并记录待测样品表面的激光功率值以及待测样品表面的光斑的形状与直径。

以下，结合激光烧蚀阈值测试装置，来说明本发明提供基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法的具体实施效果。

首先检测激光烧蚀阈值测试装置并调整其至正常工作状态，将单晶硅片固定在自动位移测试单元600上，调节扩束器单元400至最大放大倍数，并将激光衰减器102调整至衰减最小的位置，采集单晶硅片的拉曼光谱信号，以检验拉曼光谱仪的性能。

采集到单晶硅片的拉曼光谱信号后，取下单晶硅片，固定待测样品，调节激光衰减器102的衰减倍率和扩束器单元400中变倍透镜401的位置，将激光能量密度调整至最大，烧蚀待测样品，在待测样品表面产生可观测的烧蚀凹坑，记录下烧蚀点位，并将此凹坑作为显微成像及后续烧蚀实验的烧蚀测试原点，基于该烧蚀测试原点设定多个测试点，且为每个测试点赋予唯一的编号，例如，设定10个测试点，可分别定义为测试点1至测试点10。多个测试点横纵排列形成测试网格，测试网格中相邻的测试点位间距3mm。

设定测试网格后，启动显微成像相机302，沿测试网格依次拍摄各测试点位的初始显微图像；启动光谱仪单元800，沿测试网格依次采集各测试点位的初始拉曼光谱信号。

完成初始显微图像和初始拉曼光谱信号采集后，调节自动位移测试单元600，使得待测样品到达测试点1，逐步调节激光衰减器102和扩束器单元400，增加待测样品表面的激光功率，减小待测样品表面的光斑直径，同时，使用激光测试单元500测量并记录该激光功率值以及光斑的形状与直径。调节过程中，使用显微成像单元300拍摄测试点1的显微图像，并且使用光谱仪单元800和计算机控制单元900配合获取测试点1的拉曼光谱，以判断待测样品的损伤情况，观察到待测样品出现损伤后，停止对测试点1的辐照，并记录下测试点1出现损伤时的激光功率，光斑直径以及待测样品的损伤状态。

完成对测试点1的烧蚀测试后，调节自动位移测试单元600，改变测试点，重复上述对测试点1的测试步骤，直至完成测试网格内所有测试点的烧蚀测试。

基于各测试点测得的激光功率、光斑直径及待测样品的损伤情况，分析获得待测样品的激光烧蚀阈值。

最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，其特征在于，包括：

激光发射单元：用于输出脉冲激光束，并调节输出激光的功率；

自动位移测试单元：用于放置待测样品，并使得待测样品三维移动；

光束分离单元：设置在所述脉冲激光束的射出方向上，用于反射所述脉冲激光束，并透射所述脉冲激光束在所述待测样品表面激发的拉曼散射光；

扩束器单元：沿所述脉冲激光束的光路设置在所述光束分离单元的反射方向上，用于改变所述脉冲激光束的光束直径，以及，收集并透射所述脉冲激光束在所述待测样品表面激发的拉曼散射光；所述自动位移测试单元沿所述脉冲激光束的光路设置在所述扩束器单元的焦点位置；

激光测试单元：可移入移出的设置在所述扩束器单元与所述自动位移测试单元之间，用于测量所述待测样品表面的激光功率以及所述待测样品表面的光斑的形状与直径；

拉曼光谱信号分离与采集单元：沿所述扩束器单元收集的拉曼散射光的光路设置在所述光束分离单元的透射方向，用于消除所述脉冲激光束在所述待测样品表面激发的瑞利散射光；

光谱仪单元：沿所述扩束器单元收集的拉曼散射光的光路设置在所述拉曼光谱信号分离与采集单元的焦点位置，用于接收拉曼散射光，并将拉曼散射光信号转换为拉曼散射电信号；

计算机控制单元：与所述激光发射单元电连接，用于调节所述激光发射单元的激光发射参数；与所述自动位移测试平台电连接，用于调整所述自动位移测试平台上待测样品的位置；与所述光谱仪单元电连接，用于调节所述光谱仪单元的光谱采集参数，并且，用于采集所述光谱仪单元输出的所述拉曼散射电信号，基于所述拉曼散射电信号绘制拉曼光谱。

2.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，其特征在于，进一步包括：

显微成像单元：设置在所述光束分离单元与所述扩束器单元之间，用于采集待测样品的表面图像信息；所述显微成像单元包括显微成像相机、长波通滤光片以及第一翻转安装座，所述长波通滤光片安装在所述第一翻转安装座上，所述第一翻转安装座用于旋转所述长波通滤光片，使其移入或移出所述脉冲激光束的光路；

所述计算机控制单元与所述显微成像单元电连接，用于调节所述显微成像单元的显微成像参数，并且，用于获取所述显微成像单元采集的待测样品表面图像信息，基于所述表面图像信息判断所述待测样品的烧蚀情况。

3.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，其特征在于，所述激光发射单元包括脉冲激光器、激光衰减器、第一全反镜和第二全反镜，所述激光衰减器设置在所述脉冲激光器的出光口，用于改变所述脉冲激光束的脉冲能量，所述第一全反镜设置在所述激光衰减器的出射光路上，所述第二全反镜设置在所述第一全反镜的反射光路上，所述第一全反镜、所述第二全反镜均用于改变所述脉冲激光束的方向。

4.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，其特征在于，所述扩束器单元包括沿所述脉冲激光束的光路方向依次设置的变倍透镜、固定透镜、补偿透镜，通过改变所述变倍透镜、所述固定透镜、所述补偿透镜的相对位置，调节所述扩束器单元的放大倍率与焦距。

5.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，其特征在于，进一步包括：

所述激光测试单元包括光束质量分析仪、第三全反镜和第二翻转安装座，所述第三全反镜安装在所述第二翻转安装座上，所述第二翻转安装座用于旋转所述第三全反镜，使其移入或移出所述脉冲激光束的光路，所述第三全反镜用于将所述脉冲激光束反射进入所述光束质量分析仪，所述光束质量分析仪设置在所述第三全反镜的反射光路上，用于测量所述待测样品表面的激光功率以及所述待测样品表面的光斑的形状与直径。

6.根据权利要求1所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，其特征在于，所述拉曼光谱信号分离与采集单元包括沿所述扩束器单元收集的拉曼散射光的光路依次设置的收集透镜和高通滤波器，所述收集透镜用于将拉曼散射光耦合进所述光谱仪单元，所述高通滤波器用于消除所述脉冲激光束在所述待测样品表面激发的瑞利散射光。

7.一种基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法，采用权利要求1-6所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定待测样品表面的烧蚀测试原点，基于所述烧蚀参考原点设定测试网格；

S2：获取所述测试网格中各测试点的初始显微图像以及各测试点的初始拉曼信号；

S3：选取一个测试点，使用脉冲激光束辐照该测试点，调节并记录该测试点待测样品表面的激光功率和光斑形状，调节过程中，拍摄该测试点待测样品表面的的显微图像并获取该测试点待测样品表面的拉曼光谱，基于所述显微图像和所述拉曼光谱判断待测样品的损伤情况，记录待测样品表面出现损伤时的激光功率、光斑直径及待测样品损伤的状态；

S4：调整待测样品位置，改变测试点，重复步骤S3，直至完成测试网格中所有测试点的测量，基于各测试点测得的激光功率、光斑直径及待测样品损伤状态分析获得所述待测样品的激光烧蚀阈值。

8.根据权利要求7所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法，其特征在于，在执行步骤S1之前，还包括以下步骤：

检测所述激光烧蚀阈值测试装置并调试其至正常工作状态；

采集单晶硅片的拉曼光谱，以检验拉曼光谱仪的性能。

9.根据权利要求7所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法，其特征在于，步骤S1的执行方法包括：

调节激光衰减器与扩束器单元，将激光能量密度调至最大，烧蚀待测样品，在待测样品表面产生可观测的烧蚀凹坑，记录所述烧蚀凹坑的点位，并将该点位作为烧蚀测试原点；

基于所述烧蚀测试原点设置多个测试点，多个测试点横纵排列形成测试网格。

10.根据权利要求7所述的基于拉曼光谱的激光烧蚀阈值测试方法，其特征在于，步骤S3的执行方法包括：

调节激光衰减器与扩束器单元，逐步增加待测样品表面的激光功率，减小待测样品表面的光斑的直径，调节的过程中使用光束质量分析仪测量并记录待测样品表面的激光功率值以及待测样品表面的光斑的形状与直径。