CN203437815U

CN203437815U - 带探测系统的激光预处理装置

Info

Publication number: CN203437815U
Application number: CN201320534318.9U
Authority: CN
Inventors: 马平; 刘志超; 郑轶; 陈松林; 潘峰
Original assignee: CHENGDU FINE OPTICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER
Current assignee: CHENGDU FINE OPTICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2023-08-30

Abstract

本实用新型公开了一种带探测系统的激光预处理装置，属于光学技术领域。它包括激光预处理系统，由预处理光源、光源开关、能量调节器、聚焦器、分光光楔及位于其出射端的能量探测器构成；还包括探测系统，其包括沿被测样品入射线方向设置的探测光源、探测光源开关、光束调节器和沿其反射线方向设置的滤光片、空间滤波器、光电探测器。本实用新型为预处理参数调整及优化和效果评估提供及时的参考信息；实现了损伤发生前元件表面状态信息的实时监测，减小了常规激光预处理中的不确定性；最终实现预处理过程可控和效果可检验。本实用新型可应用于玻璃材料、熔石英材料、晶体以及各类功能薄膜等光学元件的激光预处理过程。

Description

带探测系统的激光预处理装置

技术领域

本实用新型涉及光学元件处理装置，尤其是其激光预处理，属于光学技术领域。

背景技术

目前，在高功率激光系统中，各类光学元件的激光损伤通常是制约激光系统发展水平的首要原因之一，并严重地威胁着激光器的安全稳定运行。近年来，随着激光系统在输出功率上的不断升级，对光学元件的损伤阈值要求已经越来越接近现有加工技术的极限，这使得仅仅通过传统的元件加工方法或工艺上改进以提高光学元件的损伤阈值变得越来越有限。事实上，其实现成本也十分巨大，很难满足高功率激光器中光学元件大规模应用的要求。

激光预处理技术是一种能够有效改善光学元件性能进而提升光学元件损伤阈值的方法。激光预处理通常采用接近于损伤阈值的激光均匀地辐照光学元件，对表面的污染和缺陷起到一定的清洁和改善作用。激光预处理中一个关键技术环节是选择合适的扫描激光通量及作用方式。由于激光预处理是以接近于损伤阈值的激光能量去辐照元件表面，一旦扫描激光能量选择不当就极有可能造成元件发生不可逆的损伤破坏。因此，预处理激光选择既要能有足够的通量能够引起元件表面产生有益的变化，又不能超过其破坏上限。一种有效的解决办法就是搭建在线的元件表面状态监测装置，使得在预处理激光扫描的同步地获得元件表面状态信息。这些表面状态信息一定程度上反映了样品局部辐照区域内的缺陷分布情况，通过对这些信息的逻辑判断，实时地对激光参数做出调节，就能有针对性地对不同缺陷分布情况的区域进行特异化预处理，从而克服了能量辐照方式选择上的盲目性，提高了预处理的成品率。

不同光学元件适用的表面状态监测手段也不同。一些光学元件对预处理激光能量和作用方式较为敏感，一旦表面出现了细微的损伤，若不能及时调整激光扫描能量或方式就会导致其后续快速扩张至灾难性破坏。为了适应此类情况，除了采用提升系统响应速率的手段外，还需要进行表面状态探测，以对材料细微变化产生足够高灵敏度的响应，以至于能在宏观损伤发生前就能够捕捉到材料状态的变化，以便对激光能量和方式进行及早调整。因此，在预处理过程中整合高灵敏度的在线表面状态探测系统就显得十分必要了。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种可在线进行表面热透镜效应测量的激光预处理装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，带探测系统的激光预处理装置，包括激光预处理系统，由预处理光源、光源开关、能量调节器、聚焦器、分光光楔及位于其出射端的能量探测器构成；还包括探测系统，其包括沿被测样品入射线方向设置的探测光源、探测光源开关、光束调节器和沿其反射线方向设置的滤光片、空间滤波器、光电探测器。

激光预处理过程中利用热透镜效应测量方法对光学元件表面和亚表面的光热缺陷和吸收缺陷进行实时检测。具体采用泵浦光照射被测元件表面以引起表面热形变，热形变对探测光产生额外散射或衍射作用，从而改变探测光束的光场强度分布，通过光电探测器对探测光光强分布变化的测量，以间接获得元件被探测区域的热形变信息。

本实用新型的有益效果是，在进行光学元件激光预处理的同时引入在线热透镜效应测量系统，通过实时探测激光辐照区域内元件表面或亚表面热形变信号，同步地获取了宏观损伤发生前期元件表面或亚表面光热缺陷和吸收缺陷的分布情况，再根据检测结果实时地调整预处理激光能量和扫描方式。为预处理参数调整及优化和效果评估提供及时的参考信息；实现了损伤发生前元件表面状态的实时监测，其预处理激光能量或扫描方式的实时调整机制减小了常规激光预处理中的不确定性；最终实现预处理过程可控和效果可检验。本实用新型可应用于玻璃材料、熔石英材料、晶体以及各类功能薄膜等光学元件的激光预处理过程。

附图说明

图1是本实用新型总体结构示意图；

图中零部件及编号：

1—预处理光源，2—光源开关，3—能量调节器，4—聚焦器，5—分光光楔，

6—能量探测器，7—探测光源，8—探测光源开关，9—光束调节器，

10—滤光片，11—空间滤波器，12—光电探测器。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型进一步说明。

参见图1，带探测系统的激光预处理装置，包括激光预处理系统，由预处理光源1、光源开关2、能量调节器3、聚焦器4、分光光楔5及位于其出射端的能量探测器6构成；还包括探测系统，其包括沿被测样品13入射线方向设置的探测光源7、探测光源开关8、光束调节器9和沿其反射线方向设置的滤光片10、空间滤波器11、光电探测器12。

预处理光源1为泵浦光源。探测光源7为连续激光器。

光电探测器12用于检测探测光信号强度，探测光源7用于探测被测样品13的表面热形变。

本装置还包括泵浦光光束入射角调整装置和探测光角度调整装置。

激光预处理方法即采用激光按照一定方式对光学元件（被测样品）表面进行辐照，辐照后的光学元件表面或亚表面的污染和缺陷得到一定程度的清除和弱化，从而在整体上提升光学元件的损伤阈值；在线热透镜效应测量即在光学元件进行激光预处理过程的同时，对被辐照区域内的表面光热形变信号进行实时监测。

在线热透镜效应测量方法具体为：采用泵浦光束和探测光束同时重叠地照射被测样品表面，光学元件表面产生光热形变，该形变导致探测光束的传输特性发生改变，通过测量探测光束空间场强分布的变化量，来推算被辐照区域的热形变量的大小，从而对该区域内的光热缺陷或吸收缺陷大小以及分布进行评估，最终将评估的结果用以激光预处理参数优化，实现了激光预处理与表面状态检测的同步。

带探测系统的激光预处理过程如下：

1）由预处理光源1发射的激光光束依次通过光源开关2、能量调节装置3、聚焦系统4以及分光光楔5。当激光光束通过分光光楔5时，小部分能量按一定比例被分光光楔5反射至能量探测器6中，以实时检测预处理激光能量大小；剩余大部分能量辐照到被测样品13表面，用于进行激光预处理。

2）由探测光源7发出的探测光束依次通过探测光源开关8和光束调节装置9后，照射到被测样品13的表面；探测光束经被测样品13前表面反射后依次经由滤光片10和空间滤波器11后进入光电探测器12。

3）激光预处理过程中在线热透镜效应测量对预处理效果进行实时的判断，具体实施过程如下：通过光束调节器9精确调整探测光束大小和位置，使其在被测样品13前表面的光斑完全覆盖由预处理光源1发出的光斑。预处理主激光光束作为泵浦光入射至被测样品的表面辐照区域，在对区域产生预处理效应的同时，加热该区域表面，引发表面局部热形变。而热形变导致了探测光的传输特性发生改变，产生额外的会聚或发散效应，从而导致了探测光光场分布的变化。泵浦光经过滤光片10和空间滤波器11后，进入光电探测器12，其信号强度的相对变化量由光电探测器12检出。根据相对变化量的大小，对激光预处理参数做出实时调整，以改变相邻区域的辐照通量；然后移动被测样品至相邻区域，并再次探测该相邻区域的信号相对变化量。实际预处理时，被测样品13一般被夹持在位移装置上，可按一定平移方式移动被测样品，重复上述过程，直至所有待测区域都经过了预处理激光的辐照。由此可获取每个辐照区域对应的信号相对变化量。对所有信号变化量进行处理，可得到样品所有测试区域的光热缺陷或吸收缺陷分布情况，亦可据此制定不同子区域的特异化预处理方案。

Claims

1.一种带探测系统的激光预处理装置，包括激光预处理系统，由预处理光源（1）、光源开关（2）、能量调节器（3）、聚焦器（4）、分光光楔（5）及位于其出射端的能量探测器（6）构成；其特征在于，还包括探测系统，其包括沿被测样品（13）入射线方向设置的探测光源（7）、探测光源开关（8）、光束调节器（9）和沿其反射线方向设置的滤光片（10）、空间滤波器（11）、光电探测器（12）。

2.根据权利要求1所述的带探测系统的激光预处理装置，其特征在于，所述的预处理光源（1）为泵浦光源。

3. 根据权利要求1所述的带探测系统的激光预处理装置，其特征在于，所述的探测光源（7）为连续激光器。