CN207440431U - 一种激光预处理平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光预处理平台，包括操作与控制系统和处理系统，处理系统包括光学平台和设置在光学平台上方的处理装置，处理装置包括激光辐射光源、扩束汇聚光学系统、智能衰减器、损伤探测系统、激光光源检测系统、膜层损伤高倍图像甄别系统和数控扫描台，激光辐射光源、扩束汇聚光学系统、智能衰减器、损伤探测系统和数控扫描台依次相对设置，激光光源检测系统设置在损伤探测系统的内侧，膜层损伤高倍图像甄别系统设置在激光光源检测系统的内侧，用于对探测所得的损伤点进行复核。本实用新型所提供的激光预处理平台大大缩短了测试时间、减少了人工操作，实现了全自动测试，在生产、科研、培养人才等方面发挥了积极的作用。

Description

一种激光预处理平台

技术领域

本实用新型涉及光学材料激光预处理技术领域，特别涉及一种激光预处理平台。

背景技术

光学膜层激光损伤阈值的准确测量对于研究高抗激光损伤薄膜具有重要的意义。通过损伤阈值的比较可以指导镀膜工艺、镀膜参数、基片的清洗以及薄膜后处理等方案的选择。对于脉冲激光来说，损伤阈值指的是薄膜发生损伤和不发生损伤的临界，当超过此能量密度时，薄膜的损伤呈几率性。一般随着激光能量的增加，损伤发生的概率越大，当低于损伤阈值所对应的能量密度时，薄膜处于安全工作的范围之内。

激光薄膜是高功率激光系统中的关键元件，其光学性能的优劣在很大程度上决定了激光的输出质量优劣，而薄膜的激光损伤阈值是限制强激光技术向高功率、高能量方向发展的重要瓶颈之一，也是影响激光系统稳定性和使用寿命的重要因素之一。为了深入分析激光薄膜的损伤性能和损伤机制，准确评价光学元件的抗激光损伤能力，需要研究激光损伤阈值的各种测量方法，从而指导薄膜制备工艺的优化和改进。激光损伤阈值的测量是研究激光薄膜的关键技术，但由于激光损伤机制及薄膜本身结构的复杂性，激光薄膜损伤阈值的测量与测试环境(如温度、相对湿度等)和激光参数(如激光工作模式、偏振态、脉冲重复频率、脉宽、波长、光斑尺寸等)都密切相关。目前国际上存在的激光损伤阈值测试方法最主要有1-on-1，S-on-1，R-on-1和光栅扫描共4种，并且都制定了相应的检测标准和规范。其中1-on-1和S-on-1的测量结果是用零几率损伤阈值表示，其测试过程耗时较长且测试区域有限；R-on-1和光栅扫描都体现了激光预处理的效果，R-on-1中的每个测试点都有独立的损伤阈值，其最低的损伤阈值反映了薄膜本身的阈值；光栅扫描方式是对样品进行大面积扫描，能反映出节瘤等缺陷对激光损伤阈值的影响，但最耗时。这4种测量方式都反映了薄膜的某种损伤特性，在某种程度上都表征了薄膜的抗激光辐照能力。

根据调查，在国内各院校、研究所大多集中在光学膜层激光损伤机理、损伤预测测试方法、激光预处理机理、提高激光损伤阈值的方法等研究，其手段也是搭建的实验装置，这种装置多为手动，测试耗时、耗力，对于能够工程化的测试设备研究很少，究其原因，损伤阈值测试设备技术难度大，涉及的专业多，投入多产出少。

实用新型内容

为克服现有技术中存在上述等问题，本实用新型提供了一种激光预处理平台。

具体技术方案如下：

一种激光预处理平台，包括操作与控制系统和处理系统，所述操作与控制系统设置在处理系统的外部，并与处理系统相连，所述处理系统光学平台和设置在光学平台上方的处理装置，所述处理装置包括激光辐射光源、扩束汇聚光学系统、智能衰减器、损伤探测系统、激光光源检测系统、膜层损伤高倍图像甄别系统和数控扫描台，所述激光辐射光源、扩束汇聚光学系统、智能衰减器、损伤探测系统和数控扫描台依次相对设置，所述激光光源检测系统设置在损伤探测系统的内侧，所述膜层损伤高倍图像甄别系统设置在激光光源检测系统的内侧，用于对探测所得的损伤点进行复核。

优选的，所述扩束汇聚光学系统包括前级扩束镜组、折光反射镜组、后级扩束镜组、聚焦镜组和分光镜组，所述折光反射镜组分别与前级扩束镜组与后级扩束镜组相对设置，所述聚焦镜组分别与后级扩束镜组和分光镜组相对设置，所述折光反射镜组之间设置有智能衰减器。

优选的，所述前级扩束镜的倍率为2倍，所述后级扩束镜的倍率为3倍。

优选的，所述智能衰减器的衰减形式为吸收型，且衰减系数范围为0～97％，所述智能衰减器的有效通光口径为30mm。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型所提供的激光预处理平台为设计高损伤阈值的光学膜系、研制高损伤阈值的镀膜工艺、研究提高损伤阈值的方法提供了有力的测量手段，在生产、科研、培养人才等方面发挥了积极的作用，且采集速度快，精度高。

附图说明

图1为本实用新型一种激光预处理平台的结构示意图；

图2为本实用新型一种激光预处理平台中扩束会聚光学系统图；

图3为本实用新型一种激光预处理平台中损伤探测系统的结构示意图；

图4为本实用新型一种激光预处理平台中损伤探测系统的控制框图。

图中，1-激光辐射光源，2-扩束会聚光学系统，3-智能衰减器，4-损伤探测系统，5-激光光源监测系统，6-膜层损伤高倍图像甄别系统，7-数控扫描台，8-操作与控制系统，9-光学平台与防护罩，10-前级扩束镜组，11-折光反射镜组，12-后级扩束镜组，13-聚焦镜组，14-分光镜组，16-散射光探测器，17-测量激光光源，18-窄带滤光片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型公开了一种激光预处理平台，包括操作与控制系统8和处理系统，操作与控制系统8设置在处理系统的外部，并与处理系统相连，如图1所示，处理系统光学平台和设置在光学平台上方的处理装置，处理装置包括激光辐射光源1、扩束汇聚光学系统、智能衰减器3、损伤探测系统4、激光光源检测系统5、膜层损伤高倍图像甄别系统6和数控扫描台7，激光辐射光源1、扩束汇聚光学系统、智能衰减器3、损伤探测系统4和数控扫描台7依次相对设置，激光光源检测系统5设置在损伤探测系统4的内侧，膜层损伤高倍图像甄别系统6设置在激光光源检测系统5的内侧，用于对探测所得的损伤点进行复核，该光学平台上设置有防护罩9。

如图2所示，扩束会聚光学系统2将辐射光源的激光引导至膜层表面，形成激光与膜层的相互作用，扩束汇聚光学系统包括前级扩束镜组10、折光反射镜11组、后级扩束镜组12、聚焦镜组13和分光镜组14，折光反射镜11组分别与前级扩束镜组10与后级扩束镜组12相对设置，聚焦镜组13分别与后级扩束镜组12和分光镜组14相对设置，折光反射镜11组之间设置有智能衰减器3。波长为1064nm的激光辐射光源1经过前级扩束镜组10扩束后，降低了通过智能衰减器3的功率密度，防止损伤衰减片，后级扩束镜组12压缩激光辐射光源1的束散角，获得更小的会聚光斑，折光反射镜11组将光路折转，使系统布局紧凑，聚光镜组将激光会聚在被测(或处理)光学元件表面膜层，分光镜组147分出小部分激光到监测系统，用于在线监测激光辐射光源1的能量、脉宽等光源参数特性。且本实用新型中的前级扩束镜的倍率为2倍，后级扩束镜的倍率为3倍。

本实用新型中的智能衰减器3的波长为1.064μm，且采用4组16片、大于10种不同透过率的衰减片组合，衰减片分别安装在4个转盘上，依据需要的总衰减系数，由计算机计算出衰减片的组合方式，控制系统自动将对应的衰减片移入光路，实现280种透过率自动组合，使得激光能量步长小于5mJ设定。在进行激光损伤阈值测试或激光预处理时，不同的光学元件膜层需要不同激光辐射功率，改变辐照面激光能量的方法采用吸收型光学衰减片组合衰减方法，即将不同透过率的衰减片放置在光路中，对激光光源输出的激光进行吸收衰减，使到达光学元件表面膜层的辐射功率改变。智能衰减器3的衰减形式为吸收型，且衰减系数范围为0～97％，智能衰减器3的有效通光口径为30mm。

本实用新型中的损伤探测系统4包括等离子损伤探测、激光散射光探测系统和图像损伤探测系统4，其中激光散散射光探测系统采用：1)激光调制技术，如图3所示，由于光电探测器对一定范围的波长都有响应，外界干扰光源对信号的幅度有影响，而散射法是依据信号幅度变化来进行损伤判别的，室内光源的变化将导致信号幅度的变化，采用调制技术，将光源调制为特定频率的光信号，光路中采用窄带滤光片对其它波长的光进行滤波限制，电路上采用带通滤波，只接收特定波长、特定频率的光信号，可以有效地消除外界干扰光对探测影响。2)采用自动增益控制技术，由于被测膜系的种类很多，有高反膜、半反膜、增透膜等，散射探测法是探测的反射光，不同膜系对测量光的反射能力不同，有的对测量光反射率高，有的反射率低，探测信号弱，导致探测器信号饱和或信号过小，无法比较幅度变化，探测适应性差。自动增益控制可以自适应各种膜系的测量，在反射光的强时，压缩电路的放大倍数，信号弱时提高放大倍数，将信号归化为同一幅度，进行比较，这样可以适应任何反射率的被测膜系。激光散射光探测法的关键是确定损伤判据，即散射光变化幅度达到多少时确定损伤发生，通常需要试验来确定。由于被测膜系的种类很多，有高反膜、半反膜、增透膜等，散射探测法是探测的反射光，不同膜系对测量光的反射能力不同，有的对测量光反射率高，有的反射率低，探测信号弱，导致探测器信号饱和或信号过小，无法比较幅度变化，探测适应性差。自动增益控制可以自适应各种膜系的测量，在反射光的强时，压缩电路的放大倍数，信号弱时提高放大倍数，将信号归化为同一幅度，进行比较，这样可以适应任何反射率的被测膜系。

如图4所示，操作与控制系统8实现激光损伤阈值测试工、激光预处理功能，图像甄别功能的人机对话、实施控制等，主要由控制计算机、数控模块、电机驱动模块、图像处理模块、通讯接口模块、电源等组成。这些模块采用标准、成熟模块集成而成，确保系统的可靠性与稳定性，控制系统框图。该控制系统包括数控模块、电机驱动模块和图像处理模块，能够实现人机对话。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种激光预处理平台，其特征在于：包括操作与控制系统和处理系统，所述操作与控制系统设置在处理系统的外部，并与处理系统相连，所述处理系统光学平台和设置在光学平台上方的处理装置，所述处理装置包括激光辐射光源、扩束汇聚光学系统、智能衰减器、损伤探测系统、激光光源检测系统、膜层损伤高倍图像甄别系统和数控扫描台，所述激光辐射光源、扩束汇聚光学系统、智能衰减器、损伤探测系统和数控扫描台依次相对设置，所述激光光源检测系统设置在损伤探测系统的内侧，所述膜层损伤高倍图像甄别系统设置在激光光源检测系统的内侧，用于对探测所得的损伤点进行复核。

2.根据权利要求1所述的一种激光预处理平台，其特征在于：所述扩束汇聚光学系统包括前级扩束镜组、折光反射镜组、后级扩束镜组、聚焦镜组和分光镜组，所述折光反射镜组分别与前级扩束镜组与后级扩束镜组相对设置，所述聚焦镜组分别与后级扩束镜组和分光镜组相对设置，所述折光反射镜组之间设置有智能衰减器。

3.根据权利要求2所述的一种激光预处理平台，其特征在于：所述前级扩束镜的倍率为2倍，所述后级扩束镜的倍率为3倍。

4.根据权利要求1所述的一种激光预处理平台，其特征在于：所述智能衰减器的衰减形式为吸收型，且衰减系数范围为0～97％，所述智能衰减器的有效通光口径为30mm。