CN214200583U - 一种激光损伤阈值测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光损伤阈值测量系统，包括激光输出组件、光路调节组件、分光组件、损伤阀值检测组件和光束采集组件；所述光路调节组件设置在激光输出组件的输出光路上，所述分光组件设置在光路调节组件的后侧位置，分光组件将输出光路进行分路，所述损失阀值检测组件和光束采集组件分别设置在分光组件不同分光光路上；所述光路调节组件包括小孔盘、快门、快门控制器、能量控制器和电控变焦组件，所述小孔盘与激光输出组件的输出端对齐，所述快门与小孔盘中心轴共线，所述快门控制器与快门电连接；在本方案中，可以通过简单的步骤，对待测光学器件的激光损伤阈值进行测量，本方案测量的步骤少，耗时短，操作简单，输出的结果直观操作更加便捷。

Description

一种激光损伤阈值测量系统

技术领域

本实用新型涉及激光检测技术领域，特别是涉及一种激光损伤阈值测量系统。

背景技术

激光是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。被引诱(激发)出来的光子束(激光)，其中的光子光学特性高度一致。因此激光相比普通光源单色性、方向性好，亮度更高。

激光应用很广泛，有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、LIF无损检测技术等等。激光系统可分为连续波激光器和脉冲激光器。

激光损伤阈值，表征被激光辐照的介质抗激光损伤能力的重要参量。激光能量的高度集中会引起介质内部或表面的局部变形甚至完全被损坏。介质在单位面积上所能承受的最大激光功率，称为该介质的激光损伤阈值；现有技术中对于光学器件的激光损伤阈值的测量时，需要通过多个步骤，不仅耗时长，而且操作复杂，输出的结果不够直观。

实用新型内容

针对上述问题，本方案提出了一种激光损伤阈值测量系统；解决了现有技术中光学器件的激光损伤阈值测量时，需要通过多个步骤，耗时长，操作复杂，输出的结果不够直观的问题。

本方案是这样进行实现的：

一种激光损伤阈值测量系统，包括激光输出组件、光路调节组件、分光组件、损伤阀值检测组件和光束采集组件；所述光路调节组件设置在激光输出组件的输出光路上，所述分光组件设置在光路调节组件的后侧位置，分光组件将输出光路进行分路，所述损失阀值检测组件和光束采集组件分别设置在分光组件不同分光光路上。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述光路调节组件包括小孔盘、快门、快门控制器、能量控制器和电控变焦组件，所述小孔盘与激光输出组件的输出端对齐，所述快门与小孔盘中心轴共线，所述快门控制器与快门电连接。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述能量激光器包括旋转电机、零级半波片和偏振分光棱镜；所述旋转电机带动零级半波片转动，旋转入射激光的线偏振方向，所述偏振分光棱镜对激光进行检偏。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述电控变焦组件包括多组电动翻转台和透镜，所述电动翻转台与透镜连接，所述透镜在激光光路传播方向均匀间隔设置。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述光束采集组件包括光束能量测量组件和光束质量测量组件；光束能量测量组件包括能量探头和能量表，所述能量探头与能量表信号连接，能量探头设置在分光组件分光后的其中一束分光光路上。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述光束质量测量组件包括光束分析仪和分析电脑，所述光束分析仪设置在分光组件另一束分光光路上，所述分析电脑与光束分析仪电连接。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述损伤阀值检测组件包括XY电动位移台、显微成像系统；所述XY电动位移台上设置有夹持机构，通过夹持机构对待测光学元件进行夹持，然后通过XY电动位移台带动待测光学元件在平面内进行运动。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述输出激光光路是设置有高速光电探测器和示波器卡；所述高速光电探测器和示波器卡电连接，所述高速光电探测器对激光光脉冲波形进行捕捉，并通过示波器卡对波形进行显示。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述快门为不锈钢叶片，所述快门控制器可以为高速电磁阀。

基于上述激光损伤阈值测量系统，所述测量系统还包括总控系统，所述总控系统包括信号采集控制器、运动控制器；所述信号采集控制器对各个电控部件进行控制；所述运动控制模块对XY位移台和能量控制器进行运动控制。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、在本方案中，可以通过简单的步骤，对待测光学器件的激光损伤阈值进行测量，本方案测量的步骤少，耗时短，操作简单，输出的结果直观操作更加便捷。

附图说明

图1是本实用新型整体的剖面结构示意图；

图中：1、激光输出组件；2、光路调节组件；3、分光组件；4、损伤阀值检测组件；5、光束采集组件；21、小孔盘；22、快门；23、快门控制器；24、能量控制器；25、电控变焦组件；26、透镜；41、XY电动位移台；42、显微成像系统；51、能量探头；52、能量表；53、光束分析仪；54、分析电脑；61、高速光电探测器；62、示波器卡。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：

一种激光损伤阈值测量系统，包括激光输出组件1、光路调节组件2、分光组件3、损伤阀值检测组件4和光束采集组件5；所述光路调节组件2设置在激光输出组件1的输出光路上，所述分光组件3设置在光路调节组件2的后侧位置，分光组件3将输出光路进行分路，所述损失阀值检测组件和光束采集组件5分别设置在分光组件3不同分光光路上；

基于上述结构，激光输出组件1发出一定光强的激光通过光路调节组件2对激光的光强、激光输出光斑大小进行调节，在通过分光组件3进行分光，其中分光后的一条光路被光束采集组件5进行采集，检测出该光路的光强检测以及激光光强分布，确定出光斑直径；另一路相同光强和光束直径的激光入射到损伤阀值检测组件4，通过损伤阀值检测组件4对待测光学元件进行检测，检测出该待测光学元件在什么能量的激光下开始受损，同时通过光束采集组件5实时知晓使光学元件受损时的激光光强、光斑大小等各类激光数据值。

所述激光输出组件1可以为纳秒激光器，其具体为YAG灯泵Q高能脉冲激光器，输出波长为:355nm，输出能量为：1J。

所述光路调节组件2包括小孔盘21、快门22、快门控制器23、能量控制器24和电控变焦组件25，所述小孔盘21与激光输出组件1的输出端对齐，所述快门22与小孔盘21中心轴共线，所述快门控制器23与快门22电连接，通过快门控制器23实现对快门22的开关控制，最终实现对激光的开关控制；

基于上述结构，所述小孔盘21的小孔可以阻挡激光器光束外侧的菲涅尔衍射环；可通过XY调节，结合相纸，截取优质光束轮廓；所述小孔盘21的中小孔尺寸：7mm，8mm，9mm；

所述快门22为不锈钢叶片，所述快门控制器23可以为高速电磁阀，通过高速电磁阀对不锈钢叶片进行控制。

所述能量控制器24为激光领域现有的装置，所述能量激光器包括旋转电机、零级半波片和偏振分光棱镜；所述旋转电机带动零级半波片转动，旋转入射激光的线偏振方向，然后通过偏振分光棱镜进行检偏，实现入射激光的偏振消光能量控制；所述偏振消光比与波片的旋转角度满足马吕斯定理。

所述电控变焦组件25包括多组电动翻转台和透镜26，所述电动翻转台与透镜26连接，电动偏转台带动透镜26移入或移出光路，所述多个透镜26在激光光路传播方向均匀间隔设置，由于激光聚焦的焦斑直径和焦距成反比关系，由此在光路的出射方向上切入不同距离的透镜26可形成不同直径的激光焦斑；通过电控变焦组件25实现对激光焦斑的直径控制。

本实施例中包括为3组透镜26，3组透镜26分别均匀的设置，分别距离能量控制器24的位置逐步增大，每组透镜26与其所在的电动翻转台连接。

所述分光组件3为取样光楔，光楔为熔石英材质，前后表面为抛光平面并形成4°的夹角；激光通过后，在前后表面会形成两个反射角度，可分别用于能量测量和光束质量测量，光楔的分光比例应定期标定。

所述光束采集组件5包括光束能量测量组件和光束质量测量组件；光束能量测量组件包括能量探头51和能量表52，所述能量探头51与能量表52信号连接，能量探头51设置在分光组件3分光后的其中一束分光光路上，能量探头51对该光路上的能量进行检测；

所述能量探头51采用热释电原理实现激光脉冲的能量测量；测量结果一方面在能量表52屏幕上显示，另一方面可以通过表头的Analog out端口形成电压值，输出至外界进行能量检测；能量探头51置于取样光楔之后，摆放位置应尽量靠近光楔，以免光束过度聚焦后引入测量误差和造成探头损伤。

所述光束质量测量组件包括光束分析仪53和分析电脑54，所述光束分析仪53设置在分光组件3另一束分光光路上，所述分析电脑54与光束分析仪53电连接；通过光束质量测量组件实现对于光束焦斑的测量。

所述光束分析仪53核心为CCD感光芯片，激光光斑照射上去时，输出二维的激光强度分布图；通过软件可以对光斑的直径进行测量；光束分析仪53置于光楔之后，其位置应该满足“光楔-样品”和“光楔-分析仪”距离等长，从而保证测得的是实际到达样品表面的焦斑轮廓。

对于低重频激光器(1Hz)应该使用激光器的外触发信号对其进行触发同步；光束分析仪53通信端口为USB3.0，且对端口资源占用消耗较大，因此，应配备独立的分析电脑54对其进行操作。

所述损伤阀值检测组件4包括XY电动位移台41、显微成像系统42；所述XY电动位移台41和显微成像系统42为现有技术常见的装置，所述XY电动位移台41上设置有夹持机构，通过夹持机构对待测光学元件进行夹持，然后通过XY电动位移台41带动待测光学元件在平面内进行运动，根据需求将待测光学元件移动到入射光学所在位置，所述显微成像系统42与入射激光成一定角度设置，所述光路传播方向设置有与显微成像系统42相匹配的白光面光源。

激光损伤往往伴随着等离子体闪光现象。本方案采用显微成像系统42，对激光辐照区域进行显微成像，当损伤发生时，显微成像系统42会对等离子体闪光进行识别，从而作为损伤判断依据，所述显微成像系统42由定焦远心镜头和工业CCD相机组成。

在其他实施例中，所述输出激光光路是设置有高速光电探测器61和示波器卡62；所述高速光电探测器61和示波器卡62电连接，所述高速光电探测器61对激光光脉冲波形进行捕捉，并通过示波器卡62对波形进行显示，实现激光脉冲宽度和单纵模状态的测量，为光束信息进行更详细的收集。

在其他实施例中，本方案中还设置有总控系统，所述总控系统包括信号采集控制器、运动控制器；所述信号采集控制器对各个电控部件进行控制；所述运动控制模块对XY位移台和能量控制器24进行运动控制。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：包括激光输出组件、光路调节组件、分光组件、损伤阀值检测组件和光束采集组件；所述光路调节组件设置在激光输出组件的输出光路上，所述分光组件设置在光路调节组件的后侧位置，分光组件将输出光路进行分路，所述损伤阀值检测组件和光束采集组件分别设置在分光组件不同分光光路上。

2.根据权利要求1所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述光路调节组件包括小孔盘、快门、快门控制器、能量控制器和电控变焦组件，所述小孔盘与激光输出组件的输出端对齐，所述快门与小孔盘中心轴共线，所述快门控制器与快门电连接。

3.根据权利要求2所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述能量控制器包括旋转电机、零级半波片和偏振分光棱镜；所述旋转电机带动零级半波片转动，旋转入射激光的线偏振方向，所述偏振分光棱镜对激光进行检偏。

4.根据权利要求3所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述电控变焦组件包括多组电动翻转台和透镜，所述电动翻转台与透镜连接，所述透镜在激光光路传播方向均匀间隔设置。

5.根据权利要求4所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述光束采集组件包括光束能量测量组件和光束质量测量组件；光束能量测量组件包括能量探头和能量表，所述能量探头与能量表信号连接，能量探头设置在分光组件分光后的其中一束分光光路上。

6.根据权利要求5所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述光束质量测量组件包括光束分析仪和分析电脑，所述光束分析仪设置在分光组件另一束分光光路上，所述分析电脑与光束分析仪电连接。

7.根据权利要求6所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述损伤阀值检测组件包括XY电动位移台、显微成像系统；所述XY电动位移台上设置有夹持机构，通过夹持机构对待测光学元件进行夹持，然后通过XY 电动位移台带动待测光学元件在平面内进行运动。

8.根据权利要求7所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述激光输出组件还设置有高速光电探测器和示波器卡；所述高速光电探测器和示波器卡电连接，所述高速光电探测器对激光光脉冲波形进行捕捉，并通过示波器卡对波形进行显示。

9.根据权利要求8所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述快门为不锈钢叶片，所述快门控制器可以为高速电磁阀。

10.根据权利要求9所述的一种激光损伤阈值测量系统，其特征在于：所述测量系统还包括总控系统，所述总控系统包括信号采集控制器、运动控制器；所述信号采集控制器对各个电控部件进行控制；所述运动控制器对XY位移台和能量控制器进行运动控制。

Images