激光器11同步觸發(fā)，從而獲得實(shí)時(shí)的損傷形 貌，為應(yīng)力應(yīng)變損傷機(jī)理的研究提供實(shí)時(shí)損傷數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用高速相機(jī)8和干涉濾光片7， 將目標(biāo)物4表面的形變轉(zhuǎn)換為干涉條紋的變化，進(jìn)而將干涉條紋結(jié)果換算得到應(yīng)變值。
[0013] 有益效果:本發(fā)明提供一種實(shí)時(shí)檢測(cè)激光損傷非透明材料的應(yīng)力的裝置與方法。 本發(fā)明利用馬赫一曾德?tīng)柛缮鎯x、高速相機(jī)和計(jì)算機(jī)處理，研制一種實(shí)時(shí)檢測(cè)激光損傷非 透明材料的應(yīng)力的裝置。該裝置中馬赫一曾德?tīng)柛缮鎯x是一種用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí) 現(xiàn)干涉的儀器，與邁克爾遜干涉儀相比優(yōu)勢(shì)在于激光不會(huì)沿原光路返回影響實(shí)時(shí)測(cè)量精 度，使得得到的干涉圖樣清晰明了。高速相機(jī)具有10000幀/s以上的響應(yīng)速度，對(duì)ms脈沖激 光器引起的應(yīng)變具有切片觀察的效果，實(shí)時(shí)檢測(cè)并計(jì)算激光損傷非透明材料的應(yīng)力。由于 參考目標(biāo)物和目標(biāo)物形同，節(jié)省了成本低，適用于非透明材料的應(yīng)力檢測(cè)。采用DG535脈沖 觸發(fā)器控制延時(shí)，達(dá)到延時(shí)的準(zhǔn)確性。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)得到的干涉圖樣的處理可得到脈沖激 光作用時(shí)間內(nèi)目標(biāo)物的應(yīng)力變化曲線。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明提供的一種實(shí)時(shí)檢測(cè)激光損傷非透明材料的應(yīng)力的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0015] 圖2-圖13為分別使用本發(fā)明提供的一種實(shí)時(shí)檢測(cè)激光損傷非透明材料的應(yīng)力的 裝置測(cè)試單晶硅應(yīng)力干涉圖樣的變化圖。
[0016] 圖14為對(duì)應(yīng)干涉圖樣中第I條線應(yīng)力變化圖。
[0017]圖15為對(duì)應(yīng)干涉圖樣中第Π 條線應(yīng)力變化圖。
[0018]圖16為對(duì)應(yīng)干涉圖樣中第m條線應(yīng)力變化圖。
[0019] 圖17為應(yīng)力值計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例1 如圖1所示，一種實(shí)時(shí)檢測(cè)激光損傷非透明材料的應(yīng)力的裝置包括窄線寬半導(dǎo)體激光 器1，第一分光鏡2,參考目標(biāo)物3，第二分光鏡5，第一凸透鏡6，干涉濾光片7，高速相機(jī)8，計(jì) 算機(jī)9, DG535脈沖觸發(fā)器10,固體脈沖激光器11，能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)12,第二凸透鏡13;所述的 第一分光鏡2、第二分光鏡5相同，均為對(duì)45°入射的窄線寬半導(dǎo)體激光半反半透的分光鏡， 大功率固體激光器11為損傷非透明材料的激光光源，窄線寬半導(dǎo)體激光器1為干涉光源，能 量調(diào)節(jié)系統(tǒng)12為一對(duì)損傷閾值大于5 0 0M W / c m2的格蘭激光棱鏡，外套一個(gè)光垃圾圓筒防止 垂直光路方向的激光逃逸危險(xiǎn)，其中的第一個(gè)棱鏡將激光調(diào)制為水平方向線偏振，其中的 第二個(gè)棱鏡偏振軸可在光束橫截面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，以便激光強(qiáng)度可連續(xù)衰減;DG535脈沖觸發(fā)器10 與高速相機(jī)8連接，DG535脈沖觸發(fā)器10用于接收大功率固體激光器11發(fā)出的高能量脈沖激 光預(yù)發(fā)射時(shí)間信號(hào)，給高速相機(jī)8發(fā)出與大功率固體激光器11發(fā)射激光同步的工作指令，高 速相機(jī)8接收到干涉光源1形成的干涉信息后轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)9進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)9中存儲(chǔ)和運(yùn) 行計(jì)算光程差、應(yīng)力值的軟件程序、描繪應(yīng)力演變過(guò)程的變化曲線的商用origin軟件程序； 特別要強(qiáng)調(diào)的是:所述的參考目標(biāo)物3作為反射鏡使用，而且，參考目標(biāo)物3和目標(biāo)物4 相同，兩者分別用可調(diào)式底片固定架裝卸，該固定架的一邊位置固定，另一邊可調(diào)，兩個(gè)目 標(biāo)物前表面均用限位釘限制位置，方便參考目標(biāo)物3和目標(biāo)物4的裝卸，且保證等光程； 所述的窄線寬半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的激光通過(guò)第一分光鏡2分光，其中的第一路光作為 參考臂光，其中的第二路光作為測(cè)量臂光，參考臂光反射到參考目標(biāo)物3，再反射到第二分 光鏡5并再次被反射到第一凸透鏡6;; 固體脈沖激光器11發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)能量調(diào)節(jié)系統(tǒng)12和第二凸透鏡13匯聚，照射到目標(biāo) 物4上，同時(shí)，測(cè)量臂光也照射到目標(biāo)物4表面上，并被目標(biāo)物4的表面反射，再經(jīng)第二分光鏡 5透射，測(cè)量臂光和參考臂光同時(shí)經(jīng)第一凸透鏡6聚集，再經(jīng)干涉濾光片7,干涉濾光片7濾除 固體脈沖激光器11發(fā)射的激光在此光路上形成的干擾光，在高速相機(jī)8位置形成清晰的干 涉圖，最后所有數(shù)據(jù)匯總到計(jì)算機(jī)9上處理并保存;所述的高速相機(jī)8與固體脈沖激光器11 同步觸發(fā)。
[0021] 所以用參考目標(biāo)物3作參考目標(biāo)，是為了使所述的參考臂光和測(cè)量臂光等光強(qiáng)。這 是本發(fā)明的技術(shù)方案中至關(guān)重要的一點(diǎn)； 本實(shí)施例所述的窄線寬半導(dǎo)體激光器1的波長(zhǎng)為532nm,線寬小于或等于0.7 nm,高速 相機(jī)8的幀頻等于或大于10000幀/s，每lms脈沖可以采集10幀激光實(shí)時(shí)作用產(chǎn)生的干涉條 紋，可以形成瞬態(tài)探測(cè)與記錄，由于應(yīng)變?cè)诩す馔Ｖ棺饔煤笕匀挥醒莼虼烁咚傧鄼C(jī)8繼 續(xù)探測(cè)，直至恢復(fù)到初始時(shí)刻的干涉條紋形式。
[0022] 本發(fā)明提供的一種實(shí)時(shí)瞬態(tài)檢測(cè)激光損傷非透明材料的應(yīng)力的方法，步驟和條件 如下： (1) 制備一對(duì)厚度為0.4mm,邊長(zhǎng)為12mm的單晶娃樣品，分別為目標(biāo)物4和參考目標(biāo)物3， 可保持實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與參考目標(biāo)有相同的反射率以及光強(qiáng)。要求表面光滑，表面粗糙度不大于 〇.4μπι，分別安裝到可調(diào)式底片固定架上； (2) 打開(kāi)計(jì)算機(jī)9和高速相機(jī)8,設(shè)置高速相機(jī)8的自動(dòng)采集，在計(jì)算機(jī)9顯示屏上顯示其 灰度界面； (3) 開(kāi)啟窄線寬半導(dǎo)體激光器1，調(diào)節(jié)電流值，以便高速相機(jī)8探測(cè)到清晰的干涉圖； (4) 固體脈沖激光器11采用的脈寬為lms，能量分別為1J，通過(guò)干涉條紋的變化可知不 同能量不同脈寬的應(yīng)力的大??； (5) 設(shè)置尚速相機(jī)8的觸發(fā)方式為外觸發(fā)； (6) 打開(kāi)DG535脈沖觸發(fā)器10,設(shè)置固體脈沖激光器11預(yù)觸發(fā)時(shí)間和高速相機(jī)8的觸發(fā) 脈沖延遲時(shí)間； (7 )打開(kāi)固體脈沖激光器11的輻射激光按鈕，激光在1 s鐘后輻射，同時(shí)，高速相機(jī)8接收 一個(gè)激光脈沖內(nèi)的干涉演變圖像； 通過(guò)對(duì)高速相機(jī)8上每一幀干涉條紋的變化，用計(jì)算機(jī)9處理，對(duì)高速相機(jī)8上每一幀干 涉條紋帶入公式 及公式 計(jì)算得出非透明介質(zhì)的光程差。
[0023] 公式（1)適合于等厚干涉條紋在激光損傷材質(zhì)表面過(guò)程中，未出現(xiàn)大的熔融區(qū)時(shí) 以公式（1)進(jìn)行計(jì)算。公式（1)中N為這條曲線越過(guò)的條紋整數(shù)，為這條曲線越過(guò)的條紋小 數(shù)。本實(shí)施例中標(biāo)注的衍射條紋的中心第一條線I，中心第二條線π，中心第三條線m滿足 公式(1)的條件，采用公式(1)計(jì)算。
[0024] 公式（2)適合于出現(xiàn)大的熔融區(qū)時(shí)的等傾干涉條紋，公式（2)中為入射角，d為厚 度，k為干涉條紋級(jí)序，為波長(zhǎng)。
[0025] 對(duì)中心點(diǎn)，為計(jì)算簡(jiǎn)便考慮光程差投影在x，y方向相等的情況，直角坐標(biāo)系1、7和2 三方向的應(yīng)變值為：
利用廣義胡克(Hooke)定律，硅晶體是金剛石結(jié)構(gòu)，根據(jù)晶體物理學(xué)相關(guān)知識(shí)，利用金 剛石結(jié)構(gòu)的對(duì)稱關(guān)系，當(dāng)選擇三個(gè)坐標(biāo)軸X，y，Z方向與晶體的[100]，[010]，[001 ]方向一致 時(shí)，單晶硅任意一點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變之間滿足的本構(gòu)方程可以寫成如下形式，
其中％、分別為x、y、z方向上的應(yīng)力值，為應(yīng)變，C11、C12、C44為彈性系數(shù)， Cll = 165.7GPa、C12 = 63.9GPa、C44 = 76.9GPa。將應(yīng)變值& 巧:帶入上述公式，計(jì) 算得到如圖2-圖13所示的結(jié)果。圖2-圖13的衍射條紋的中心第一條線標(biāo)號(hào)為I，中心第二條 線標(biāo)號(hào)為Π ，中心第三條線標(biāo)號(hào)為ΙΠ 。
[0026]計(jì)算機(jī)9中的計(jì)算計(jì)算光程差、應(yīng)力值的程序流程圖如圖17所示： 進(jìn)行步驟100,開(kāi)始； 進(jìn)行步驟105，利用開(kāi)源軟件Free Image讀取干涉圖灰度值； 進(jìn)行步驟110，選取t=0，t>0時(shí)的待計(jì)算的第I、Π 、m干涉條紋所占像素點(diǎn)位置