CN118032780A - 用于真空环境下的激光损伤监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于真空环境下的激光损伤监测装置，包括真空腔体、位于真空腔体内的样品靶台、反射镜和镜头，位于真空腔体外的CCD探测器，以及与真空腔体连接的真空隔离窗口；其中，CCD探测器位于真空腔体的上方，镜头与CCD探测器在同一轴心线上，镜头朝向正下方，样品靶台用于放置待测光学元件，反射镜的镜面朝向待测光学元件的法线方向，反射镜用于将待测光学元件的辐照点图像转向传输至镜头，镜头同于采集辐照点图像的光线，并将光线通过真空隔离窗口传输至CCD探测器，CCD探测器用于根据光线投影出待测光学元件的辐照点图像。

Description

用于真空环境下的激光损伤监测装置

技术领域

本发明主要涉及光学元件的激光损伤与寿命测试领域，尤其涉及一种用于真空环境下的激光损伤监测装置。

背景技术

光学实验中存在一种损伤测试实验，需要测试自由电子激光对光学元件的损伤程度。对于自由电子激光，光束只能在高真空条件下传输，因而，所有测试过程必须在真空环境下开展。

现有的激光损伤监测装置主要依靠位于真空腔体内的真空CCD探测器采集激光辐照前和激光辐照后光学元件表面的图像，根据图像的变化量来确定光学元件的损伤程度。一方面，真空CCD探测器价格非常昂贵；另一方面，真空CCD探测器会受到真空腔体的腔壁限制，使测试的灵活调控能力受到极大限制，如果需要满足任意角度(0°≤θ＜90°)激光入射情况下的测试，则需要增大真空腔体，造成整体装置制造成本过高、操作复杂度提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于真空环境下的激光损伤监测装置，解决现有装置无法满足任意角度激光入射情况下的测试。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于真空环境下的激光损伤监测装置，包括：真空腔体、位于真空腔体内的样品靶台、反射镜和镜头，位于真空腔体外的CCD探测器，以及与所述真空腔体连接的真空隔离窗口；其中，所述CCD探测器位于所述真空腔体的上方，所述镜头与所述CCD探测器在同一轴心线上，所述镜头朝向正下方，所述样品靶台用于放置待测光学元件，所述反射镜的镜面朝向所述待测光学元件的法线方向，所述反射镜用于将所述待测光学元件的辐照点图像转向传输至所述镜头，所述镜头同于采集所述辐照点图像的光线，并将所述光线通过所述真空隔离窗口传输至所述CCD探测器，所述CCD探测器用于根据所述光线投影出所述待测光学元件的辐照点图像。

可选地，所述样品靶台包括旋转底座，所述反射镜和所述镜头通过连接杆与所述旋转底座连接。

可选地，还包括位于真空腔体外的控制模块，所述控制模块用于控制所述样品靶台的旋转底座旋转，以改变所述待测光学元件接受的激光入射角度；其中，所述反射镜和所述镜头随所述旋转底座一起转动。

可选地，所述控制模块与所述CCD探测器通信连接，所述控制模块还用于根据所述CCD探测器生成的辐照点图像分析所述待测光学元件的激光损伤情况。

可选地，所述反射镜的直径≤25mm。

可选地，所述真空隔离窗口的口径至少为所述镜头的直径的3倍。

可选地，所述反射镜与所述待测光学元件之间的距离至少为60mm。

可选地，所述镜头的物距为120mm～150mm。

可选地，还包括衰减片，衰减片位于所述CCD探测器之前，用于衰减所述光线的能量。

可选地，所述反射镜为45°反射棱镜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的用于真空环境下的激光损伤监测装置，通过在待测光学元件的法线方向设置反射镜，将辐照点图像转向传输至镜头朝向正下方的镜头，使得装置可以满足任意角度(0°≤θ＜90°)激光入射情况下的测试；本发明的激光损伤监测装置采用普通CCD探测器，将普通CCD探测器设置在真空腔体外部，可以降低激光损伤监测装置的成本。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是根据本发明一实施例的用于真空环境下的激光损伤监测装置的立体结构示意图。

图2是图1中激光损伤监测装置的侧视图。

图3是图1中激光损伤监测装置的局部放大示意图。

图4是待测光学元件与激光的角度关系示意图。

【符号说明】

1：真空腔体

2：反射镜

3：镜头

4：真空隔离窗口

5：CCD探测器

6：连接杆

11：入射光通道

12：反射光通道

13：CCD探测器预留口

51：CCD连接杆

52：CCD探头

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

图1是根据本发明一实施例的用于真空环境下的激光损伤监测装置的立体结构示意图。图2是图1中激光损伤监测装置的侧视图。图3是图1中激光损伤监测装置的局部放大示意图。

如图2所示，用于真空环境下的激光损伤监测装置100包括真空腔体1、位于真空腔体内的样品靶台(未示出)、反射镜2和镜头3，与真空腔体1连接的真空隔离窗口4，以及位于真空腔体外的CCD探测器5。真空隔离窗口4是能使真空光通过且能封闭真空腔体1的器件。其中，样品靶台用于放置待测光学元件。

优选地，CCD探测器5为非真空CCD探测器。CCD探测器5位于真空腔体1的上方，所述镜头3与所述CCD探测器5在同一轴心线上，所述镜头3朝向正下方。

如图1所示，真空腔体1包括入射光通道11和反射光通道12。激光从入射光通道11进入，然后照射到待测光学元件上，再从反射光通道12射出。图4是待测光学元件与激光的角度关系示意图。如图4所示，待测光学元件的法线方向为垂直于待测光学元件的表面。当入射光与法线的夹角为θ时，反射光与入射光的夹角为2θ。

如图2～3所示，所述反射镜2的镜面朝向所述待测光学元件的法线方向，所述反射镜2用于将所述待测光学元件的辐照点图像转向传输至所述镜头3，所述镜头3同于采集所述辐照点图像的光线，并将所述光线通过所述真空隔离窗口4传输至所述CCD探测器5，所述CCD探测器5用于根据所述光线投影出所述待测光学元件的辐照点图像。可选地，如图1所示，CCD探测器5包括CCD连接杆51和CCD探头52。CCD连接杆51与真空腔体1连接。

优选地，反射镜2为45°反射棱镜。45°反射棱镜将待测光学元件的辐照点图像投影转向90°，沿Z方向转向传输至镜头3，通过真空隔离窗口4，将图像投影至大气环境中的CCD探测器5。

从图3可知，反射镜2的体量不宜过大，体量过大会影响入射光的最小入射角度；同时其体量也不能小于截取光束处的光斑面积，若体量过小会影响CCD探测器5的成像。优选地，反射镜2的直径不大于25毫米。即反射镜2的直径≤25mm。

假设反射镜2与所述待测光学元件之间的距离为L1，反射镜2与镜头3之间的距离L2，则镜头3的物距L＝L1+L2。L1有一定条件限制：当损伤发生时，会同时有物质反喷，其前沿以亚音速向前推进，其瞬间速度为10m/s～100m/s，反喷的物质会污染反射镜2和镜头3。根据引发损伤的能量不同，依据计算，其影响的距离大约在30mm～80mm之间。为减少镜头污染，本申请将L1控制在大于等于60mm。换而言之，反射镜与所述待测光学元件之间的距离至少为60mm。优选地，反射镜与所述待测光学元件之间的距离为60-80mm。

L1和L2的设计距离需要考虑损伤发生时，远离等离子体喷射的中心影响区。综合上述因素，镜头3的物距(L1+L2)为120mm～150mm。

假设镜头3的直径为2r，则r<L1。可选地，镜头3的直径不大于50mm。

可选地，真空隔离窗口4的口径至少为镜头3的直径的3倍。这样在保持盖板位置的前提下，CCD探测器5具备约70°的调节空间。

可选地，样品靶台包括旋转底座。如图1所示，用于真空环境下的激光损伤监测装置100还包括连接杆6。反射镜2和所述镜头3通过连接杆6与所述旋转底座连接。

可选地，用于真空环境下的激光损伤监测装置100还包括控制模块。控制模块位于真空腔体外。样品靶台还包括旋转底座控制单元。控制模块与旋转底座控制单元通信连接，控制模块用于控制所述样品靶台的旋转底座旋转，以改变所述待测光学元件接受的激光入射角度。反射镜2和所述镜头3随旋转底座一起转动。本申请的用于真空环境下的激光损伤监测装置可以满足任意角度(0°≤θ＜90°)激光入射情况下的测试。

可选地，控制模块与CCD探测器5通信连接，所述控制模块还用于根据所述CCD探测器生成的辐照点图像分析所述待测光学元件的激光损伤情况。例如，根据激光辐照前和激光辐照后光学元件的辐照点图像的变化量来确定光学元件的损伤程度。

可选地，用于真空环境下的激光损伤监测装置100还包括衰减片。衰减片位于所述CCD探测器5之前，用于衰减所述光线的能量，防止光线能量过高，损坏CCD探测器。

可选地，如图1所示，真空腔体1还包括CCD探测器预留口13。预留通道13位于待测光学元件的法线方向。CCD探测器预留口13用于直接放置其他的CCD探测器。CCD探测器预留口13默认为封闭状态。当CCD探测器5、镜头3或反射镜2出现故障时，在CCD探测器预留口13放置其他的CCD探测器，通过放置的CCD探测器直接获取待测光学元件的辐照点图像，提高装置的可靠性。

可选地，真空隔离窗口4的材料为石英玻璃或蓝宝石玻璃。蓝宝石玻璃对150纳米到5500纳米之间的光波长具有高度的透明度。该范围为材料提供了一个宽的光学传输带，从紫外线到近红外线。

本发明的用于真空环境下的激光损伤监测装置，通过在待测光学元件的法线方向设置反射镜，将辐照点图像转向传输至镜头朝向正下方的镜头，使得装置可以满足任意角度(0°≤θ＜90°)激光入射情况下的测试；本发明的激光损伤监测装置采用普通CCD探测器，将普通CCD探测器设置在真空腔体外部，可以降低激光损伤监测装置的成本。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于真空环境下的激光损伤监测装置，其特征在于，包括：

真空腔体、位于真空腔体内的样品靶台、反射镜和镜头，位于真空腔体外的CCD探测器，以及与所述真空腔体连接的真空隔离窗口；

其中，所述CCD探测器位于所述真空腔体的上方，所述镜头与所述CCD探测器在同一轴心线上，所述镜头朝向正下方，所述样品靶台用于放置待测光学元件，所述反射镜的镜面朝向所述待测光学元件的法线方向，所述反射镜用于将所述待测光学元件的辐照点图像转向传输至所述镜头，所述镜头同于采集所述辐照点图像的光线，并将所述光线通过所述真空隔离窗口传输至所述CCD探测器，所述CCD探测器用于根据所述光线投影出所述待测光学元件的辐照点图像。

2.如权利要求1所述的激光损伤监测装置，其特征在于，所述样品靶台包括旋转底座，所述反射镜和所述镜头通过连接杆与所述旋转底座连接。

3.如权利要求2所述的激光损伤监测装置，其特征在于，还包括：

位于真空腔体外的控制模块，所述控制模块用于控制所述样品靶台的旋转底座旋转，以改变所述待测光学元件接受的激光入射角度；

其中，所述反射镜和所述镜头随所述旋转底座一起转动。

4.如权利要求3所述的激光损伤监测装置，其特征在于，所述控制模块与所述CCD探测器通信连接，所述控制模块还用于根据所述CCD探测器生成的辐照点图像分析所述待测光学元件的激光损伤情况。

5.如权利要求1所述的激光损伤监测装置，其特征在于，所述反射镜的直径≤25mm。

6.如权利要求1所述的激光损伤监测装置，其特征在于，所述真空隔离窗口的口径至少为所述镜头的直径的3倍。

7.如权利要求1所述的激光损伤监测装置，其特征在于，所述反射镜与所述待测光学元件之间的距离至少为60mm。

8.如权利要求1所述的激光损伤监测装置，其特征在于，所述镜头的物距为120mm～150mm。

9.如权利要求1所述的激光损伤监测装置，其特征在于，还包括：

衰减片，位于所述CCD探测器之前，用于衰减所述光线的能量。

10.如权利要求1～9任一项所述的激光损伤监测装置，其特征在于，所述反射镜为45°反射棱镜。