專利名稱：一種光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)薄膜測(cè)試裝置，尤其涉及一種適合于高功率準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)中的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)中應(yīng)用到多種光學(xué)薄膜，薄膜激光損傷測(cè)量對(duì)于系統(tǒng)工作的可靠性具有重要的意義。光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試不僅需要均勻輻照，而且需要大范圍的改變?nèi)肷涞奖∧さ募す夤β拭芏龋赃m應(yīng)各種器件的要求，此外在測(cè)試中還要保證輻照功率變化時(shí)光斑位置和尺寸不發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確和可靠測(cè)量。
《強(qiáng)激光與粒子束》(Vol.10, 1998，pl23_126 和 Vol. 20, 2008, p509_512)公開了一種基于單透鏡聚焦實(shí)現(xiàn)光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試的方法，焦面光場(chǎng)分布為愛(ài)里斑，故難以獲得所希望的均勻輻照。在光束衰減和功率密度大范圍改變方面，目前主要通過(guò)放置多片衰減增大衰減倍數(shù)，由于高倍衰減片伴隨著高反射率，衰減片必須傾斜放置，并且各衰減片需要進(jìn)行嚴(yán)格的傾斜角度匹配設(shè)置，以消除多次反射和光軸偏移引起的光束聚焦位置變化對(duì)測(cè)量的影響，這種多片衰減方法不僅對(duì)調(diào)節(jié)精度要求高，而且不便于進(jìn)行高精度連續(xù)調(diào)節(jié)。另外，調(diào)整激光電源電壓從而改變激光輸出功率也是常見光束衰減的一種替代方法，但這種方法受到激光起振閾值的限制，調(diào)節(jié)倍數(shù)有限(一般小于10倍)，而且光束發(fā)散角會(huì)隨電壓調(diào)節(jié)發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)量中光束聚焦位置的變化，影響到測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于光學(xué)顯微成像和偏振衰減的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，目的是克服現(xiàn)有光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試中，在進(jìn)行輸出功率調(diào)節(jié)時(shí)光束位置和尺寸變化，輻照光斑不均勻、且難以獲得大范圍的光強(qiáng)參數(shù)變化等不足。本發(fā)明的技術(shù)方案是—種光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，包括激光器和待測(cè)鍍膜鏡片，還包括光功率能量測(cè)量?jī)x和在激光器和待測(cè)鍍膜鏡片之間依次設(shè)置的孔闌、第一透鏡、光衰減器、取樣分束鏡和聚焦透鏡，其中孔闌設(shè)置在第一透鏡的前焦面上，待測(cè)鍍膜鏡片設(shè)置在聚焦透鏡的后焦面上；取樣分束鏡的透射光入射至聚焦透鏡，反射光入射至光功率能量測(cè)量?jī)x。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，光衰減器為可調(diào)光衰減器，衰減倍數(shù)在Γ10000間連續(xù)可調(diào)。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，待測(cè)鍍膜鏡片設(shè)置在軸向可調(diào)的光學(xué)調(diào)節(jié)架上。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，光衰減器包括激光傳播方向依次設(shè)置的起偏器和檢偏器。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，光衰減器還包括使檢偏器繞入射光軸旋轉(zhuǎn)的光學(xué)調(diào)節(jié)架。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，起偏器和檢偏器為BBO格蘭棱鏡，其消光比為 105:1 106:1。。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，激光器為放電泵浦XeCl準(zhǔn)分子激光源。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，孔闌為矩形孔闌。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中，第一透鏡的焦距為2000 3000mm，所述聚焦透鏡的焦距為100 200謹(jǐn)。上述光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置中起偏器和檢偏器鍍有增透膜。本發(fā)明具有的有益效果如下
I、本發(fā)明的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置采用光學(xué)顯微成像結(jié)合偏振衰減的方式，在輻照功率衰減的情況下，光束的位置和尺寸保持不變。2、本發(fā)明的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置可實(shí)現(xiàn)1-10000倍的光強(qiáng)衰減，且連續(xù)可調(diào)。3、本發(fā)明通過(guò)孔闌選取激光光斑中光束均勻部分，并通過(guò)成像單元使得光學(xué)薄膜上的光束保持均勻，提高了測(cè)量精度。4、本發(fā)明采用偏振衰減的方案，在衰減中不會(huì)出現(xiàn)普通衰減片組存在的多次反射問(wèn)題，降低了防護(hù)要求。5、本發(fā)明的光衰減器和取樣分束鏡設(shè)置在兩只成像透鏡之間，由于處于透鏡的頻域范圍，其定位位置和姿態(tài)不會(huì)對(duì)光學(xué)薄膜上的成像產(chǎn)生影響，故對(duì)二者的光學(xué)準(zhǔn)直沒(méi)有嚴(yán)格的要求，方便了光路布置及參數(shù)調(diào)節(jié)。


圖I為光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置示意圖；圖2為實(shí)施例中激光器出口光束分布；圖3為實(shí)施例中光學(xué)薄膜表面光束分布；其中I-激光器；2_孔闌；3_第一透鏡；4_起偏器；5_檢偏器；6_取樣分束鏡；7-聚焦透鏡；8_光功率能量測(cè)量?jī)x；9_待測(cè)鍍膜鏡片。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述如圖I所示，本發(fā)明的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，包括光功率能量測(cè)量?jī)x8和在激光器I和待測(cè)鍍膜鏡片9之間依次設(shè)置的孔闌2、第一透鏡3、光衰減器4/5、取樣分束鏡6和聚焦透鏡7 ;其中孔闌2設(shè)置在第一透鏡3的前焦面上，待測(cè)鍍膜鏡片9設(shè)置在聚焦透鏡7的后焦面上，選取孔闌2處的近場(chǎng)光束中央均勻區(qū)域物面，經(jīng)過(guò)無(wú)限遠(yuǎn)顯微成像方式，通過(guò)第一透鏡3和聚焦透鏡7將物面成像到待測(cè)鍍膜鏡面，物面和待測(cè)鍍膜鏡面分別位于第一透鏡3前焦面和聚焦透鏡7的后焦面上，待測(cè)鍍膜鏡片9上的光斑尺寸可由第一透鏡3和聚焦透鏡7的焦距比決定。光束衰減與光束參數(shù)測(cè)量置于兩透鏡之間，由于處于透鏡的頻域，定位時(shí)位置和姿態(tài)變化不會(huì)對(duì)像面位置產(chǎn)生影響，對(duì)準(zhǔn)直沒(méi)有嚴(yán)格的要求。其中第一透鏡3的焦距選擇范圍為2000 3000mm，所述聚焦透鏡7的焦距選擇范圍為為100 200mmo光衰減器為可調(diào)光衰減器，衰減倍數(shù)在f 10000間連續(xù)可調(diào)。作為一種優(yōu)選方式，光束衰減由起偏器4和檢偏器5實(shí)現(xiàn)，檢偏器設(shè)置在可繞入射光軸旋轉(zhuǎn)的光學(xué)調(diào)節(jié)架，起偏器4把入射光束轉(zhuǎn)化為線偏振光，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)檢偏與起偏方向夾角，可使光束衰減倍數(shù)連續(xù)可調(diào)，所獲得的最大衰減倍數(shù)由起偏/檢偏器件的消光比決定，起偏/檢偏器件鍍以增透膜，不會(huì)產(chǎn)生如使用衰減片組擔(dān)心的多次反射問(wèn)題。裝有待測(cè)鍍膜鏡片9的鏡架安裝在可前后移動(dòng)的電移臺(tái)上，調(diào)節(jié)鏡片前表面處于最佳像面位置。下面給出本發(fā)明在準(zhǔn)分子激光打靶實(shí)驗(yàn)中的具體實(shí)施例。本實(shí)施例由放電泵浦準(zhǔn)分子激光源I、孔闌2、第一透鏡3、起偏器4、檢偏器5、取樣分束鏡6、聚焦透鏡7、光功率能量測(cè)量?jī)x8和待測(cè)鍍膜鏡片9組成。其中放電泵浦XeCl準(zhǔn)分子激光源，輸出能量IOOmJ,脈寬20ns,近場(chǎng)尺寸2cmX lcm,孔闌2尺寸為13mmX 6. 5mm的矩形孔，選取近場(chǎng)光束均勻部分作為物面(見圖2);由第一透鏡3和聚焦透鏡7組成無(wú)限 遠(yuǎn)距離顯微成像結(jié)構(gòu)，透鏡焦距分別為2582mm和150mm，物面和待測(cè)鍍膜鏡面分別位于第一透鏡3前焦面和聚焦透鏡7的后焦面上；光束衰減和光束參數(shù)測(cè)量置于兩透鏡之間，采用偏振衰減方法，選用高消光比的BBO格蘭棱鏡(消光比106:1)作為起偏/檢偏器件，通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)檢偏與起偏方向夾角，使光束衰減倍數(shù)在f 10000間連續(xù)可調(diào)，光路中45°放置取樣分束鏡6，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)薄膜損傷測(cè)試時(shí)的激光能量，測(cè)試前通過(guò)直接測(cè)量聚焦透鏡7后能量進(jìn)行取樣系數(shù)標(biāo)定；在薄膜激光損傷測(cè)試前，首先進(jìn)行像面位置標(biāo)定，在待測(cè)鍍膜鏡片9附近用CCD測(cè)量光束分布(見圖3 )，前后電控調(diào)節(jié)電移臺(tái)，獲得像面清晰位置，然后換用待測(cè)鍍膜鏡片9，計(jì)算電控調(diào)節(jié)距離使待測(cè)鍍膜鏡片9前表面與像面位置重合。在上述基礎(chǔ)上，通過(guò)電控旋轉(zhuǎn)檢偏器控制輻照水平，進(jìn)行待測(cè)鍍膜鏡片激光損傷閾值的測(cè)量，換鏡片測(cè)量時(shí)要特別注意鏡片厚度的影響，保證鏡片前表面位置與像面重合。本實(shí)施例中使用了小光斑，聚焦透鏡7焦距不變，僅換用第一透鏡3，改變其焦距參數(shù)，即可改變第一透鏡和聚焦透鏡焦距比，獲得不同大小光斑，可方便快捷地滿足不同測(cè)試要求。本發(fā)明不僅適用于準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)中的鍍膜鏡片的激光損傷測(cè)試，對(duì)于利用其它激光器件進(jìn)行的光學(xué)薄膜測(cè)試，只要采用了上述設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu)，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，包括激光器(I)，其特征在于還包括光功率能量測(cè)量?jī)x(8)和在激光器(I)和待測(cè)鍍膜鏡片(9)之間依次設(shè)置的孔闌(2)、第一透鏡(3)、光衰減器、取樣分束鏡(6)和聚焦透鏡(7);所述孔闌(2)設(shè)置在第一透鏡(3)的前焦面上，待測(cè)鍍膜鏡片(9)設(shè)置在聚焦透鏡(7)的后焦面上；所述取樣分束鏡￠)的透射光入射至聚焦透鏡(7)，其反射光入射至光功率能量測(cè)量?jī)x(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，其特征在于所述光衰減器為可調(diào)光衰減器，衰減倍數(shù)在f 10000間連續(xù)可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，其特征在于所述的光衰減器包括激光傳播方向依次設(shè)置的起偏器(4)和檢偏器(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，其特征在于所述待測(cè)鍍膜鏡片(9)設(shè)置在軸向可調(diào)的光學(xué)調(diào)節(jié)架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，其特征在于所述的光衰減器還包括使檢偏器繞入射光軸旋轉(zhuǎn)的光學(xué)調(diào)節(jié)架。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，其特征在于所述第一透鏡(3)的焦距為2000 3000mm，所述聚焦透鏡(7)的焦距為100 200mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，其特征在于所述起偏器(4)和檢偏器(5)為BBO格蘭棱鏡，其消光比為IO5:1 IO6:1 ;所述激光器⑴為放電泵浦XeCl準(zhǔn)分子激光源；所述孔闌(2)為矩形孔闌。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，其特征在于所述的起偏器(4)和檢偏器(5)鍍有增透膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)薄膜激光損傷測(cè)試裝置，包括光功率能量測(cè)量?jī)x和在激光器和待測(cè)鍍膜鏡片之間依次設(shè)置的孔闌、第一透鏡、光衰減器、取樣分束鏡和聚焦透鏡；其中孔闌設(shè)置在第一透鏡的前焦面上，待測(cè)鍍膜鏡片設(shè)置在聚焦透鏡的后焦面上；取樣分束鏡的透射光入射至聚焦透鏡，反射光入射至光功率能量測(cè)量?jī)x；該裝置采用無(wú)限遠(yuǎn)顯微成像方式，獲得像面均勻輻照，并實(shí)現(xiàn)了大范圍可調(diào)光學(xué)衰減，容易調(diào)節(jié)獲得所需光斑大小，滿足高功率準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)對(duì)薄膜損傷的測(cè)試要求。
文檔編號(hào)G01N17/00GK102778426SQ20121022297
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者白婷, 肖偉偉, 薛全喜, 趙學(xué)慶, 鄭國(guó)鑫 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所