專利名稱：一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學元件抗激光損傷性能的測試方法，尤其是涉及一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法。
背景技術(shù)：
高反射激光薄膜是高功率激光系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，為了深入研究高反射激光薄膜的損傷機制、準確評價薄膜的抗激光損傷能力，需要不斷地發(fā)展和完善激光損傷閾值的測量技術(shù)，提高損傷閾值的測量精度和準確度，從而指導高反射薄膜制備工藝的優(yōu)化和改進。目前，在損傷閾值測量過程中，為更加客觀的反應(yīng)薄膜的宏觀激光損傷性能，通常選取盡可能大的測量區(qū)域，因此光柵掃描激光損傷閾值測量方式近年來被廣泛采用。測量中，一般采用工作頻率為IOHz的脈沖式Nd = YAG激光器，通過對掃描間隔和掃描軌跡的調(diào)節(jié)，可以對較大面積的樣品表面進行覆蓋，并對出現(xiàn)的損傷點的坐標和位置進行記錄，留作后期的損傷生長測量。高反射激光薄膜的損傷機制決定了在測量過程中，薄膜中的缺陷和表面污染物在一定能量下會吸收激光并產(chǎn)生寬光譜分布的等離子體，等離子體將進一步吸收同一脈沖下的后續(xù)激光并逐漸擴大，這一過程將持續(xù)微秒至毫秒尺度，對于實時監(jiān)測樣品是否發(fā)生損傷的光電探測器或高速相機而言，都將形成一個的強信號區(qū)或曝光飽和區(qū)，從而極大的影響損傷的判斷。當前，一般是采用多路探測信號方式，通過在高速相機前添加窄帶濾光片來降低等離子體產(chǎn)生時寬光譜的強光進入高速相機，以確保拍攝到有效圖像；同時，用一路光電信號實時監(jiān)測散射信號，當散射信號顯著增強時，由此確定激光損傷的發(fā)生或等離子體的產(chǎn)生。然而，多路探測過程中，難以將光電信號和高速相機的信息完全同步，因此無法獲得等離子體產(chǎn)生的準確位置，更無法區(qū)分等離子體的成因是薄膜缺陷還是表面污染物。而等離子體信息是研究高反射激光薄膜損傷機制的重要信息和線索，因此，需要在激光損傷閾值測量中記錄等離子體產(chǎn)生的位置并對其成因進行分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種判定簡單、準確的等離子體產(chǎn)生誘因識別方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)—種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，該方法用于高反射激光薄膜損傷閾值測量中，所述的損傷閾值測量的裝置包括用于發(fā)射泵浦激光的泵浦激光器、用于帶動被測樣品移動的電動平移臺、照明電源和實時監(jiān)測并獲取被測樣品圖像的損傷監(jiān)控組件，所述的損傷監(jiān)控組件包括在線顯微鏡和外觸發(fā)式相機，所述的識別方法具體包括以下步驟I)將被測樣品固定在電動平移臺，電動平移臺控制被測樣品做光柵軌跡移動，在線顯微鏡對準泵浦激光輻照被測樣品的位置；
2)泵浦激光器輻照前，外觸發(fā)式相機通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集，將第(x，y)張圖片標記為Ntlxy,圖片中缺陷點的局部坐標記為Ncij^ab，全局坐標記SNcixy，其中，a和b為缺陷點在第(x，y)張圖片中的局部坐標，X和Y為以第(1，1)張圖片的左上角為原點、缺陷點在整個測量區(qū)域的全局坐標；3)泵浦激光器輻照被測樣品，外觸發(fā)式相機再次通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集，將將第(x，y)張圖片標記為Nlxy，圖片中缺陷點的局部坐標記
為Nlxy_ab，全局坐標記為Nixy ；4)判斷是否發(fā)生等離子體閃光，若是，則執(zhí)行步驟6)，若否，則執(zhí)行步驟5)；5)比較每個X和y位置下的圖片Ntlxy和Nlxy的差異，判定樣品是否發(fā)生損傷，執(zhí)行 步驟7)；6)在發(fā)生等離子體閃光的第(x，y)張圖片上，比較激光未輻照前的Ntlj^ab位置與激光輻照后的第(x+1，y)或(x，y+1)張圖片的Nlxy_ab位置的差異，識別等離子體產(chǎn)生的誘因；7)電動平移臺控制被測樣品，回到初始坐標位置；8)提升泵浦激光能量，重復(fù)步驟3)-步驟7)，實現(xiàn)被測樣品相同區(qū)域在泵浦激光不同能量輻照下的測量。所述的對被測樣品的每個位置進行圖片采集具體為泵浦激光器發(fā)送外觸發(fā)信號控制電動平移臺作光柵軌跡移動，電動平移臺接收到外觸發(fā)信號后移動到下一個測量點并立即停止；泵浦激光器發(fā)送外觸發(fā)信號控制外觸發(fā)式相機通過在線顯微鏡對電動平移臺每次停止時的被測樣品進行拍照，采集圖片。所述的步驟5)具體為51)當Ntlj^ab位置存在缺陷點、Nlxy_ab位置也存在缺陷點、且超過尺寸容差時，判定樣品發(fā)生損傷，損傷由原始缺陷點引起；52)當Ntlj^ab位置存在缺陷點、Nlxy_ab位置不存在缺陷點時，判定原始缺陷點為表面污染物；53)當Ntlj^ab位置不存在缺陷點、Nlxrab位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷；54)當Ntlj^ab位置不存在缺陷點、Nlxy_ab位置存在缺陷點時，判定樣品發(fā)生損傷，損傷由其它因素引起。所述的步驟6)中判定等離子體產(chǎn)生的誘因的具體方法為61)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置存在缺陷點，且與對應(yīng)的Ncixy位置缺陷相比小于尺寸容差時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由原始缺陷點引起；62)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置存在缺陷點，與對應(yīng)的Ncixy位置缺陷相比大于尺寸容差時，判定樣品發(fā)生損傷，等離子體和損傷由原始缺陷點引起；63)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由表面污染引起；
64)當NQxy_ab位置不存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由其它因素引起；65)當NQxy_ab位置不存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置存在缺陷點時，判定樣品發(fā)生損傷，等離子體和損傷由其它因素引起。所述的其它因素包括納米尺度結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)。所述的泵浦激光器的工作頻率是10Hz，所述的泵浦激光器外觸發(fā)信號的輸出頻率是10Hz，所述的電動平移臺的移動頻率是10Hz，所述的外觸發(fā)式相機的拍照頻率是10Hz，所述的泵浦激光器輻照被測樣品的區(qū)域面積小于圖片面積的1/2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用在線顯微鏡對被測樣品在泵浦激光輻照前后的圖像進行拍攝，對圖片中缺陷點位置設(shè)定圖片局部坐標和掃描區(qū)域的全局坐標，當?shù)入x子體產(chǎn)生時，通過比較等離子體產(chǎn)生位置之前和之后圖片的差異，能夠?qū)崿F(xiàn)對初始缺陷、表面污染和其它因素誘導等離子體產(chǎn)生的判定。


圖1為損傷閾值測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明方法的流程示意圖；圖3為被測樣品在電動平移臺控制下的運行軌跡示意圖；圖4(a)為激光輻照后，被測樣品的第(x，y)張圖片；圖4(b)為激光輻照后，被測樣品的第(x+1，y)張圖片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，該方法用于高反射激光薄膜損傷閾值測量中，如圖1所示，損傷閾值測量的裝置包括用于發(fā)射泵浦激光的泵浦激光器I、用于帶動被測樣品2移動的電動平移臺3、照明電源4和實時監(jiān)測并獲取被測樣品圖像的損傷監(jiān)控組件，所述的損傷監(jiān)控組件包括在線顯微鏡6和外觸發(fā)式相機5。如圖2所示，所述的識別方法具體包括以下步驟在步驟SlOl中，將被測樣品固定在電動平移臺，電動平移臺控制被測樣品做光柵軌跡移動，在線顯微鏡對準泵浦激光輻照被測樣品的位置；如圖3所示，電動平移臺X方向總的移動距離為Sx，移動間隔為Dx,y方向總的移動距離為Sy，移動間隔為Dy，移動間隔Dx和Dy由泵浦激光的光斑直徑?jīng)Q定，每個測試點只作用一個脈沖激光，總測量點的數(shù)目為N，N = (Sx/Dx) X (Sy/Dy)。在步驟sl02中，泵浦激光器輻照前，外觸發(fā)式相機通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集，具體步驟為泵浦激光器發(fā)送外觸發(fā)信號控制電動平移臺作光柵軌跡移動，電動平移臺接收到外觸發(fā)信號后移動到下一個測量點并立即停止，每次移動的間隔為Dx或Dy，一般為0. 2mm ；泵浦激光器發(fā)送外觸發(fā)信號控制外觸發(fā)式相機通過在線顯微鏡對電動平移臺每次停止時的被測樣品進行拍照，采集圖片。將第(X，y)張圖片標記為Ntlxy,圖片中缺陷點的局部坐標記為N^ab,全局坐標記為Ncixy，其中，a和b為缺陷點在第(x，y)張圖片中的局部坐標，X和Y為以第(1，1)張圖片的左上角為原點、缺陷點在整個測量區(qū)域的全局坐標X= (x-1) X Dx+aY= (y-1) XDy+b。在步驟sl03中，泵浦激光器輻照被測樣品，外觸發(fā)式相機再次通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集，將將第(x，y)張圖片標記為Nlxy，圖片中缺陷點的局部坐標記為Nlxy_ab，全局坐標記為Nixy，如圖4(a)、4(b)所示。其中激光輻照區(qū)域面積小于圖片面積的1/2，確保等離子體產(chǎn)生位置為相鄰圖片的重疊區(qū)域。 在步驟sl04中，判斷是否發(fā)生等離子體閃光，若是，則執(zhí)行步驟sl06，若否，則執(zhí)行步驟s 105。在步驟sl05中比較每個X和y位置下的圖片Ntlxy和Nlxy的差異，判定樣品是否發(fā)生損傷，執(zhí)行在步驟s 107 ；判定樣品是否發(fā)生損傷的具體方法為51)當Ntlj^ab位置存在缺陷點、Nlxy_ab位置也存在缺陷點、且超過尺寸容差時，判定樣品發(fā)生損傷，損傷由原始缺陷點引起；52)當Ntlj^ab位置存在缺陷點、Nlxy_ab位置不存在缺陷點時，判定原始缺陷點為表面污染物；53)當Ntlj^ab位置不存在缺陷點、Nlxrab位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷；54)當Ntlj^ab位置不存在缺陷點、Nlxy_ab位置存在缺陷點時，判定樣品發(fā)生損傷，損傷由其它因素引起。在步驟sl06中，在發(fā)生等離子體閃光的第(x，y)張圖片上，比較激光未輻照前的Ncixy-^i置與激光輻照后的第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nlxy_ab位置的差異，識別等離子體產(chǎn)生的誘因；識別等離子體產(chǎn)生的誘因的具體方法為61)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置存在缺陷點，且與對應(yīng)的Ncixy位置缺陷相比小于尺寸容差時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由原始缺陷點引起；62)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置存在缺陷點，與對應(yīng)的Ncixy位置缺陷相比大于尺寸容差時，判定樣品發(fā)生損傷，等離子體和損傷由原始缺陷點引起；63)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由表面污染引起；64)當NQxy_ab位置不存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由其它因素引起；65)當NQxy_ab位置不存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置存在缺陷點時，判定樣品發(fā)生損傷，等離子體和損傷由其它因素引起。
在步驟sl07中，電動平移臺控制被測樣品，回到初始坐標位置。在步驟sl08中，提升泵浦激光能量，重復(fù)步驟sl03-步驟sl07，實現(xiàn)被測樣品相同區(qū)域在泵浦激光不同能量輻照下的測量。上述其它因素包括納米尺度結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)。本實施例中，泵浦激光器的工作頻率是10Hz，所述的泵浦激光器外觸發(fā)信號的輸出頻率是10Hz，所述的電動平移臺的移動頻率是10Hz，所述的外觸發(fā)式相機的拍照頻率是IOHz。上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，該方法用于高反射激光薄膜損傷閾值測量中，所述的損傷閾值測量的裝置包括用于發(fā)射泵浦激光的泵浦激光器、用于帶動被測樣品移動的電動平移臺、照明電源和實時監(jiān)測并獲取被測樣品圖像的損傷監(jiān)控組件，所述的損傷監(jiān)控組件包括在線顯微鏡和外觸發(fā)式相機，其特征在于，所述的識別方法具體包括以下步驟 1)將被測樣品固定在電動平移臺，電動平移臺控制被測樣品做光柵軌跡移動，在線顯微鏡對準泵浦激光輻照被測樣品的位置； 2)泵浦激光器輻照前，外觸發(fā)式相機通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集，將第(x，y)張圖片標記為Ntlxy,圖片中缺陷點的局部坐標記SN^ab，全局坐標記為Ncixy，其中，a和b為缺陷點在第(x，y)張圖片中的局部坐標，X和Y為以第(1，1)張圖片的左上角為原點、缺陷點在整個測量區(qū)域的全局坐標； 3)泵浦激光器輻照被測樣品，外觸發(fā)式相機再次通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集，將將第(x，y)張圖片標記為Nlxy，圖片中缺陷點的局部坐標記為N]_xy—ab， 全局坐標記為Nixy ； 4)判斷是否發(fā)生等離子體閃光，若是，則執(zhí)行步驟6)，若否，則執(zhí)行步驟5)； 5)比較每個X和y位置下的圖片Ntlxy和Nlxy的差異，判定樣品是否發(fā)生損傷，執(zhí)行步驟7)； 6)在發(fā)生等離子體閃光的第(x，y)張圖片上，比較激光未輻照前的Ntlj^ab位置與激光輻照后的第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nlxy_ab位置的差異，識別等離子體產(chǎn)生的誘因； 7)電動平移臺控制被測樣品，回到初始坐標位置； 8)提升泵浦激光能量，重復(fù)步驟3)-步驟7)，實現(xiàn)被測樣品相同區(qū)域在泵浦激光不同能量輻照下的測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，其特征在于，所述的對被測樣品的每個位置進行圖片采集具體為 泵浦激光器發(fā)送外觸發(fā)信號控制電動平移臺作光柵軌跡移動，電動平移臺接收到外觸發(fā)信號后移動到下一個測量點并立即停止； 泵浦激光器發(fā)送外觸發(fā)信號控制外觸發(fā)式相機通過在線顯微鏡對電動平移臺每次停止時的被測樣品進行拍照，采集圖片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，其特征在于，所述的步驟5)具體為 51)當Ntlj^ab位置存在缺陷點、Nlxy_ab位置也存在缺陷點、且超過尺寸容差時，判定樣品發(fā)生損傷，損傷由原始缺陷點引起； 52)當N0xy_ab位置存在缺陷點、Nlxy_ab位置不存在缺陷點時，判定原始缺陷點為表面污染物； 53)當Ntlj^ab位置不存在缺陷點、Nlxy_ab位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷； 54)當Ntlj^ab位置不存在缺陷點、Nlxy_ab位置存在缺陷點時，判定樣品發(fā)生損傷，損傷由其它因素引起。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，其特征在于，所述的步驟6)中判定等離子體產(chǎn)生的誘因的具體方法為 61)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+1，y)或(x，y+1)張圖片的Nixy位置存在缺陷點，且與對應(yīng)的Ncixy位置缺陷相比小于尺寸容差時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由原始缺陷點引起； 62)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+l，y)或(x，y+l)張圖片的Nixy位置存在缺陷點，與對應(yīng)的Ncixy位置缺陷相比大于尺寸容差時，判定樣品發(fā)生損傷，等離子體和損傷由原始缺陷點引起； 63)當NQxy_ab位置存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+1，y)或(x，y+1)張圖片的Nixy位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由表面污染引起； 64)當NQxy_ab位置不存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+1，y)或(x，y+1)張圖片的Nixy位置不存在缺陷點時，判定樣品未發(fā)生損傷，等離子體由其它因素引起； 65)當NQxy_ab位置不存在缺陷點，Nlxy_ab位置出現(xiàn)等離子體，第(x+1，y)或(x，y+1)張圖片的Nixy位置存在缺陷點時，判定樣品發(fā)生損傷，等離子體和損傷由其它因素引起。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，其特征在于，所述的其它因素包括納米尺度結(jié)構(gòu)缺陷和雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，其特征在于，所述的泵浦激光器的工作頻率是10Hz，所述的泵浦激光器外觸發(fā)信號的輸出頻率是10Hz，所述的電動平移臺的移動頻率是10Hz，所述的外觸發(fā)式相機的拍照頻率是10Hz，所述的泵浦激光器輻照被測樣品的區(qū)域面積小于圖片面積的1/2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種等離子體產(chǎn)生誘因識別方法，包括將被測樣品固定在電動平移臺，泵浦激光器輻照前，外觸發(fā)式相機通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集；泵浦激光器輻照被測樣品，外觸發(fā)式相機再次通過電動平移臺的移動對被測樣品的每個位置進行圖片采集；判斷是否發(fā)生等離子體閃光，若是，則在發(fā)生等離子體閃光的第(x，y)張圖片上，比較激光未輻照前與激光輻照后的第(x+1，y)或(x，y+1)張圖片的差異，判定等離子體產(chǎn)生的誘因；若否，則比較每個x和y位置下的圖片N0xy和N1xy的差異，判定樣品是否發(fā)生損傷；提升泵浦激光能量，實現(xiàn)不同能量的測量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有判定簡單準確等優(yōu)點。
文檔編號G01N21/88GK102980895SQ20121048023
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者馬彬, 馬宏平, 張艷云, 程鑫彬, 焦宏飛, 王占山 申請人:同濟大學