CN104048915A - 一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，包括分别与光学材料光路连接的辐照激光光源、探测光源、光电探测器、散射光探测器和荧光探测器；探测光源与光学材料之间设有探测光第一聚焦装置；光学材料与光电探测器之间依次设有探测光第二聚焦装置、探测光滤光装置和空间滤波器；光学材料与散射光探测器之间依次设有散射光收集装置和散射光滤光装置；光学材料与荧光探测器之间依次设有荧光收集装置和荧光滤光装置。本发明还提供一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测方法。本发明有助于及时掌握光学材料所处的状态，可以预知光学材料在激光的持续辐照下是否会发生损伤，减少不必要的损失，大大节约激光***的使用成本。

Description

一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及光学材料和元件的检测技术领域，具体是一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置及方法。

 

背景技术

很多光学***中，特别是强激光***中，对所采用的光学材料和元件的光学特性都有着严格的要求，比如激光破坏阈值、缺陷的尺度和密度、光学特性的均匀性等。现有的光学***中，对所采用的光学材料和元件的光学特性的检测评价基本都是采用离线式的方式，并且对不同的光学特性分别采用不同的方法进行检测，比如用散射显微技术或者荧光显微技术对缺陷进行检测分析，利用激光量热法或者分光光度法来测量光学吸收特性等。

研究表明，在激光辐照下，由于激光与材料的相互作用，会引起材料特性发生变化。由于这种特性的变化往往会影响到这些材料在光学***中的性能，从而影响到整个光学***的运行，并且有时候，这种激光引起的材料特性的变化也与激光辐照的时间长短有关，因此，很有必要对这些光学材料受激光辐照的过程，或者说是激光与材料的相互作用的过程进行实时监测。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置及方法，通过对光学材料在激光辐照下的光热吸收信号的变化进行实时探测，并结合散射光信号的变化和激光激发荧光的变化的实时探测来获得光学材料与激光相互作用过程的实时信息。

本发明的技术方案为：

一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，包括分别与光学材料光路连接的辐照激光光源、探测光源、光电探测器、散射光探测器和荧光探测器；所述探测光源与光学材料之间设有探测光第一聚焦装置；所述光学材料与光电探测器之间依次设有探测光第二聚焦装置、探测光滤光装置和空间滤波器；所述光学材料与散射光探测器之间依次设有散射光收集装置和散射光滤光装置；所述光学材料与荧光探测器之间依次设有荧光收集装置和荧光滤光装置。

所述的光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，所述探测光第二聚焦装置与探测光滤光装置之间设有探测光角度调整装置。

所述的光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，所述探测光滤光装置与空间滤波器之间设有探测光分光装置，所述探测光分光装置的反射光路上设有探测光功率探测装置。

一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测方法，包括以下步骤：

（1）将辐照激光光源输出的激光光束照射到光学材料上；

（2）将探测光源输出的探测光光束聚焦后也照射到光学材料上，并与辐照激光光束的照射区域重合；

（3）对从光学材料出射的探测光光束进行聚焦、滤光和空间滤波处理，采用光电探测器对经过处理的探测光光束进行探测； 

（4）对从光学材料上散射的辐照激光进行收集和滤光处理，并采用散射光探测器对经过处理的辐照激光进行探测；

（5）对光学材料因激光辐照所激发产生的荧光进行收集和滤光处理，并采用荧光探测器对经过处理的荧光进行探测。

由上述技术方案可知，本发明通过对光学材料在激光辐照下光热吸收特性的变化的实时探测，结合对散射光信号的变化和激光激发荧光信号的变化的实时探测，可以获得光学材料与激光相互作用过程的实时信息。本发明可用于光学***中光学材料和元件的实时在线监测。通过对光学材料与激光相互作用过程的实时在线监测分析，有助于及时了解掌握光学材料和元件所处的状态，可以预知光学材料在激光的持续辐照下是否会发生损伤，从而可以提前采取相应的措施来避免损伤过程的发生，减少不必要的损失，大大节约激光***的使用成本。

附图说明

图1是本发明所述的透射类光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置的结构示意图；

图2是本发明所述的反射类光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置的结构示意图。

上图中：1-辐照激光光源、2-光学材料样品、3-探测光源、4-探测光第一聚焦装置、5-探测光第二聚焦装置、6-探测光角度调整装置、7-探测光滤光装置、8-探测光分光装置、9-探测光功率探测装置、10-探测光空间滤波器、11-光电探测器、12-散射光收集装置、13-散射光滤光装置、14-散射光探测器、15-荧光收集装置、16-荧光滤光装置、17-荧光探测器。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于透射类光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，包括有辐照激光光源1、光学材料样品2、探测光源3、探测光第一聚焦装置4、探测光第二聚焦装置5、探测光角度调整装置6、探测光滤光装置7、探测光分光装置8、探测光功率探测装置9、探测光空间滤波器10、光电探测器11、散射光收集装置12、散射光滤光装置13、散射光探测器14、荧光收集装置15、荧光滤光装置16和荧光探测器17。

探测光第一聚焦装置4、探测光第二聚焦装置5、散射光收集装置12和荧光收集装置15可采用聚焦透镜，探测光角度调整装置6可采用高反射镜，探测光滤光装置7、散射光滤光装置13和荧光滤光装置16可采用滤光片，探测光分光装置8可采用分光片或分光棱镜，探测光功率探测装置9可采用光功率计或者光功率探测器。

由辐照激光光源1发出的激光光束照射到光学材料样品2上，由于光学材料样品2对辐照激光能量的吸收，会在激光照射区域产生温升，使得光学材料样品2的物理特性发生变化，产生激光光热效应等现象。

由探测光源3发出的探测光光束由探测光第一聚焦装置聚焦到光学材料样品2上，与辐照激光照射的区域重合，从光学材料样品2透射的探测光光束依次经过探测光第二聚焦装置5、探测光角度调整装置6，再经过探测光滤光装置7滤掉除探测光以外的其它波段的杂散光，然后由探测光分光装置8分为两束，一束进入探测光功率探测装置9，用于对探测光的功率进行探测，另一束则经过空间滤波器10处理后由光电探测器11进行探测。

从光学材料样品2上散射的辐照激光由散射光收集装置12收集，再经散射光滤光装置13滤光后由散射光探测器14进行探测。

光学材料样品2因为激光辐照所激发产生的荧光由荧光收集装置15收集，再经荧光滤光装置16滤光后由荧光探测器17进行探测。

本发明的工作原理：

光学材料在强激光辐照下，吸收激光能量引起局部温度升高，产生激光诱导光热效应，从而引起光学材料的物理特性发生变化，比如表面的热形变、折射率的变化等。此时，用另一束较弱的探测光束也经过强激光束的辐照区域（产生光热效应的区域），该探测光束的传播特性会发生改变，比如产生新增的发散或会聚效应。这种传播特性的变化的大小与光学材料的吸收率、热扩散特性等相关，吸收越大，传播特性的变化也越大。这种传播特性的变化通过在出射的探测光路中放置一个空间滤波器来检测。经过空间滤波器后到达光电探测器的探测光能量会由于探测光新增的发散或会聚效应而发生变化。同时，光学材料在激光辐照下，会引起辐照激光的散射，并且因为吸收激光的能量会激发产生荧光。

在激光持续辐照过程中，特别是强激光的辐照过程中，因为激光能量在光学材料上的不断积淀，光学材料的光热吸收特性也会持续不断地变化，因此，本发明通过对光学材料在激光持续辐照下的光热吸收特性的实时监测来获得光学材料与激光相互作用过程的实时信息。此外，在激光辐照的过程中，散射光和荧光也可能会相应地发生变化，因此，在实时监测光热吸收特性变化的同时，对散射光信号的变化和激光激发荧光信号的变化也进行实时监测，这样可以得到更多的关于光学材料与激光相互作用过程的实时信息。

图2所示为可用于反射类光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，其结构和原理均与图1所示的透射类光学材料与激光相互作用过程的监测装置相似，不再赘述。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，其特征在于：包括分别与光学材料光路连接的辐照激光光源、探测光源、光电探测器、散射光探测器和荧光探测器；所述探测光源与光学材料之间设有探测光第一聚焦装置；所述光学材料与光电探测器之间依次设有探测光第二聚焦装置、探测光滤光装置和空间滤波器；所述光学材料与散射光探测器之间依次设有散射光收集装置和散射光滤光装置；所述光学材料与荧光探测器之间依次设有荧光收集装置和荧光滤光装置。

2.根据权利要求1所述的光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，其特征在于：所述探测光第二聚焦装置与探测光滤光装置之间设有探测光角度调整装置。

3.根据权利要求1所述的光学材料与激光相互作用过程的实时监测装置，其特征在于：所述探测光滤光装置与空间滤波器之间设有探测光分光装置，所述探测光分光装置的反射光路上设有探测光功率探测装置。

4.一种光学材料与激光相互作用过程的实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将辐照激光光源输出的激光光束照射到光学材料上；

（2）将探测光源输出的探测光光束聚焦后也照射到光学材料上，并与辐照激光光束的照射区域重合；

（3）对从光学材料出射的探测光光束进行聚焦、滤光和空间滤波处理，采用光电探测器对经过处理的探测光光束进行探测； 

（4）对从光学材料上散射的辐照激光进行收集和滤光处理，并采用散射光探测器对经过处理的辐照激光进行探测；

（5）对光学材料因激光辐照所激发产生的荧光进行收集和滤光处理，并采用荧光探测器对经过处理的荧光进行探测。