CN103308442B - 一种用于非线性光学晶体的探伤装置及探伤方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非线性光学晶体探伤技术领域，特别涉及一种用于非线性光学晶体的探伤装置和其使用方法，包括激光发生器、衰减器、能量计、光闸、会聚透镜和显微镜，激光发生器用于产生射向非线性光学晶体的激光；会聚透镜位于该激光的光路上，用于将该激光会聚到非线性光学晶体上；光闸位于从激光发生器到会聚透镜之间的激光光路上，用于控制激光光路的通断；能量计用于测量射向非线性光学晶体的激光的能量；衰减器用于调整射向非线性光学晶体的激光的能量；显微镜用于观察非线性光学晶体在激光照射下的损伤情况。利用本探伤装置可方便的获得辐照激光强度和待测非线性光学晶体在该激光强度照射下的损伤情况，便于进行连续多组探伤实验。

Description

一种用于非线性光学晶体的探伤装置及探伤方法

技术领域

本发明涉及光学探伤技术领域，特别涉及一种用于非线性光学晶体的探伤装置及探伤方法。

背景技术

随着激光技术的快速发展，非线性光学晶体的应用也越来越广泛，在科学研究、工业生产以及社会生活等各个领域发挥着重要的作用。尤其在实现固体激光器从红外波段到紫外区域不同波长的激光输出时，最为常用而又有效的方法便是利用非线性光学晶体进行频率变换。在高能量、大功率激光器中，这些晶体容易损伤从而导致光束质量下降，所以该类晶体的抗激光损伤能力成为了限制激光器输出功率最为重要的因素之一。因此需要对非晶体光学晶体进行探伤。现有探伤装置大都是采用激光直接照射配合显微镜观察的方法，然后在文献中给出实验数据，并没有详实的非线性光学晶体探伤装置和测量方法的描述。

为了解决以上问题，本发明做了有益改进。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是克服了现有技术缺乏测量使用方便的探伤装置的缺点，提供一种能够连续、多组测量的用于非线性光学晶体的探伤装置。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种使用上述用于非线性光学晶体的探伤装置的方法。

（二）技术方案

对于一种用于非线性光学晶体的探伤装置这一技术主题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于非线性光学晶体的探伤装置，包括激光发生器、衰减器、能量计、光闸、会聚透镜和显微镜，

所述激光发生器，用于产生射向所述非线性光学晶体的激光；

所述会聚透镜，位于所述激光的光路上，用于将所述激光会聚到所述非线性光学晶体上；

所述光闸，位于从所述激光发生器到所述会聚透镜之间的所述激光的光路上，用于控制所述激光的光路的通断；

所述能量计，用于测量射向所述非线性光学晶体的激光的能量；

所述衰减器，用于调整射向所述非线性光学晶体的激光的能量；

所述显微镜，用于观察所述非线性光学晶体在所述激光照射下的损伤情况。

进一步，所述会聚透镜的焦点落在所述非线性光学晶体的内部。

进一步，还包括控制器，所述控制器与所述光闸电连接，用于向所述光闸发出光路通断控制信号。

更进一步，所述控制器还包括显示器，所述显示器与所述显微镜电连接，用于显示显微镜中的图像。

更进一步，所述能量计与所述控制器电连接，所述控制器用于记录存储所述能量计测得的数据。

进一步，从所述激光发生器到所述会聚透镜之间的所述激光的光路上还设有第一全反射镜和第二全反射镜；

从所述激光发生器产生的激光，经过所述第一全反射镜反射到所述衰减器的输入端；

从所述衰减器的输出端射出的激光，射入所述光闸的输入端；

从所述光闸的输出端射出的激光，经过所述第二全反射镜反射到所述会聚透镜的输入端；

从所述会聚透镜的输出端射出的激光，会聚到所述非线性光学晶体上。

进一步，从所述衰减器到所述光闸之间的光路上还设有分光镜，所述分光镜用于将从所述衰减器的输出端射出的激光分成反射光和透射光，所述反射光射入所述能量计，所述透射光射入所述光闸的输入端。

进一步，从所述第二全反射镜到所述会聚透镜之间的光路上，还设有用于调整焦斑的缩束器。

进一步，还包括一个用于指示所述第二全反射镜输出激光方向的连续激光器，所述第二全反射镜射向所述会聚透镜的激光方向与所述连续激光器发出激光的方向相同。

对于一种用于非线性光学晶体的探伤方法这一技术主题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于非线性光学晶体的探伤方法，包括如下步骤：

步骤1，将待探伤的非线性光学晶体置于任一所述的用于非线性光学晶体的探伤装置的所述会聚透镜的输出端的焦点上；

步骤2，调整所述衰减器，并通过所述能量计记录射向待探伤的所述非线性光学晶体的激光的能量；

步骤3，通过所述显微镜观察所述非线性光学晶体在所述激光照射下的损伤情况。

（三）有益效果

与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：

1、利用本发明的探伤装置可以很方便的获得照射激光的强度和待测非线性光学晶体在该激光强度辐照下的损伤情况，因此可以很方便的进行连续多组探伤实验，甚至可以得到非线性光学晶体损伤情况与激光辐照强度的曲线，通过更多的数据，使人们更多了解到非线性光学晶体这方面的特征。

2、进一步，通过汇聚透镜的选型和缩束器的调整，使会聚透镜的焦点落到待测非线性光学晶体内部，有效避免待测非线性光学晶体表面先于内部出现损伤，同时，使得自聚焦引起的焦点偏移最小化，充分保证测量结果的准确性。

3、进一步，控制器还可采用计算机，可以方便统计数据，并实时检测损伤状况。

4、本发明的结构简单合理，易于实现。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光发生器，2a、第一全反射镜，2b、第二全反射镜，3、衰减器，4、分光镜，5、能量计，6、光闸，7、连续激光器，8、缩束器，9、会聚透镜，10、显微镜，11、控制器，12、非线性光学晶体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1所示的一种用于非线性光学晶体12的探伤装置，包括激光发生器1，激光发生器1用于产生射向待测的非线性光学晶体12的激光；

如图1所示，沿着激光发生器1的出光的光路，依次设有第一全反射镜2a、第二全反射镜2b、衰减器3、分光镜4，能量计5、光闸6、缩束器8和会聚透镜9。

激光发生器1可采用脉冲激光器，发出的脉冲激光光束射向第一全反射镜2a，激光经第一全反射镜2a后改变光束方向，使其射入衰减器3，衰减器3的作用是可调整光束的能量，在衰减器3后面设置有分光镜4，分光镜4能将输入的激光分为反射光和透射光，反射光被能量计5吸收，透射光则射到光闸6上，通过打开或关闭光闸6使得光束通过或被遮断，在光闸6后面设有第二全反射镜2b，光束经第二全反射镜反射后，进入缩束器8，缩束器8的作用是可以进一步调整光束焦斑，通过缩束器8后的光束再经过会聚透镜9辐照到待测晶体体内，晶体内部是否损伤通过显微镜10实施检测。

一般使用能量计5测量光的能量的方法是将能量计5设置在光路上，这种方式的缺点是在测量光的能量时，光不能穿过，也就是说不能在辐照的同时实时测量光的能量。本优选实施例是通过分光镜4，将光分成反射光和入射光，来实时对光的能量进行测量，例如本实施例中能量计5测量反射光的能量，然后根据分光镜4的材质和角度，计算出整个激光的能量，这里可通过计算机辅助进行计算，例如可在能量计5上加装一个计算芯片并事先输入计算公式，或者直接利用现有控制器11进行计算机辅助计算，这样可在实现辐照的同时实时测量激光能量。上述测量方式都可实现对激光能量的测量。

图1中还示出了可以设置一个连续激光器7，连续激光器7发出光束的方向是指示了一个标准辐照方向，作用是校准，具体说来，可以通过调整第二全反射镜2b的角度，使得经过光闸6输出并经过第二全反射镜2b反射后的激光光束方向与连续激光器7发出激光的方向相同。

控制器11优选采用带有显示器的电脑，控制器11与光闸6电连接，可以通过控制器11发出控制光闸6进而控制光路通断的指令，控制更加方便；控制器11与能量计5电连接，能量计5吸收到反射光的能量数据被传送到控制器11上实时显示，便于显示收集和统计数据；控制器11与显微镜10电连接，便于放大显示图像，以及对图像的存储和后期处理。

优选会聚透镜9的焦点落在待探伤的非线性光学晶体12的内部，这样能有效避免非线性光学晶体12表面先于体内出现损伤，也就是说，即使内部探测点出现损伤，非线性光学晶体12表面仍保持完好，同时使得自聚焦引起的焦点偏移最小化，充分保证测量结果的准确性。

使用时，先将待探伤的非线性光学晶体12置于会聚透镜9的输出端的焦点上，非线性光学晶体例如可以选择4×4×8mm³的LBO晶体、还可以是3×3×7mm³的CBO晶体，或者是1×1×5mm³的KBBF晶体。然后通过对会聚透镜9的焦距选型、会聚透镜9与待非线性光学晶体12的距离、以及缩束器8的调整，使得会聚透镜9的焦点落入非线性光学晶体12的内部，一般来说，为保证表面不会先受到影响，最好应保证焦点位于非线性光学晶体12内的深度大于等于激光高斯光束瑞利距离的8倍。

然后调整衰减器8，并通过能量计5记录射向待探伤的非线性光学晶体12的激光的能量；也就是说，通过测量多组数据得到更多更详细的探测结果。具体说来，例如我们可以预先设置10个探测能级，每个能级间隔0.1mJ，然后每个能级选择10个测试点，每个测试点辐照2个脉冲，脉冲宽度5ns，辐照光斑直径一般在20μm-30μm。测量时，先从同一低能级的10个探测点开始，依次进行辐照，通过光闸6来控制每个测试点的两个脉冲，测完10个测试点后，通过调整衰减器3，让激光能量提高0.1mJ，再探伤该能级下的10个测试点的情况。各测试点的内部损伤情况通过显微镜10传输到控制器11存储和分析，这样可以很方便快速的得到一系列的数据和图像。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，例如有的激光发生器本身集成了衰减器的功能等，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：包括激光发生器、衰减器、能量计、光闸、会聚透镜和显微镜，

所述激光发生器，用于产生射向所述非线性光学晶体的激光；

所述会聚透镜，位于所述激光的光路上，用于将所述激光会聚到所述非线性光学晶体上；所述会聚透镜的焦点落在所述非线性光学晶体的内部，所述焦点位于所述非线性光学晶体内的深度大于等于所述激光的高斯光束瑞利距离的8倍；

所述光闸，位于从所述激光发生器到所述会聚透镜之间的所述激光的光路上，用于控制所述激光的光路的通断；

所述能量计，用于测量射向所述非线性光学晶体的激光的能量；

所述衰减器，用于调整射向所述非线性光学晶体的激光的能量；

所述显微镜，用于观察所述非线性光学晶体在所述激光照射下的损伤情况。

2.根据权利要求1所述的用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：还包括控制器，所述控制器与所述光闸电连接，用于向所述光闸发出光路通断控制信号。

3.根据权利要求2所述的用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：所述控制器还包括显示器，所述显示器与所述显微镜电连接，用于显示显微镜中的图像。

4.根据权利要求2所述的用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：所述能量计与所述控制器电连接，所述控制器用于记录存储所述能量计测得的数据。

5.根据权利要求1所述的用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：从所述激光发生器到所述会聚透镜之间的所述激光的光路上还设有第一全反射镜和第二全反射镜；

从所述激光发生器产生的激光，经过所述第一全反射镜反射到所述衰减器的输入端；

从所述衰减器的输出端射出的激光，射入所述光闸的输入端；

从所述光闸的输出端射出的激光，经过所述第二全反射镜反射到所述会聚透镜的输入端；

从所述会聚透镜的输出端射出的激光，会聚到所述非线性光学晶体上。

6.根据权利要求5所述的用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：从所述衰减器到所述光闸之间的光路上还设有分光镜，所述分光镜用于将从所述衰减器的输出端射出的激光分成反射光和透射光，所述反射光射入所述能量计，所述透射光射入所述光闸的输入端。

7.根据权利要求5所述的用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：从所述第二全反射镜到所述会聚透镜之间的光路上，还设有用于调整焦斑的缩束器。

8.根据权利要求5所述的用于非线性光学晶体的探伤装置，其特征在于：还包括一个用于指示所述第二全反射镜输出激光方向的连续激光器，所述第二全反射镜射向所述会聚透镜的激光方向与所述连续激光器发出激光的方向相同。

9.一种用于非线性光学晶体的探伤方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将待探伤的非线性光学晶体置于如权利要求1至9任一所述的用于非线性光学晶体的探伤装置的所述会聚透镜的输出端的焦点上；

步骤2，调整所述衰减器，并通过所述能量计记录射向待探伤的所述非线性光学晶体的激光的能量；

步骤3，通过所述显微镜观察所述非线性光学晶体在所述激光照射下的损伤情况。