CN109115684B - 用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量*** - Google Patents

用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量*** Download PDF

Info

Publication number
CN109115684B
CN109115684B CN201811045738.4A CN201811045738A CN109115684B CN 109115684 B CN109115684 B CN 109115684B CN 201811045738 A CN201811045738 A CN 201811045738A CN 109115684 B CN109115684 B CN 109115684B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical element
laser
pulse
processed
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811045738.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109115684A (zh
Inventor
李亚国
许乔
刘志超
耿锋
金会良
欧阳升
王度
袁志刚
张清华
朱德星
王健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Original Assignee
Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics filed Critical Laser Fusion Research Center China Academy of Engineering Physics
Priority to CN201811045738.4A priority Critical patent/CN109115684B/zh
Publication of CN109115684A publication Critical patent/CN109115684A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109115684B publication Critical patent/CN109115684B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***。所述方法包括：获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值；根据所述单脉冲损伤阈值对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，获得所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值；根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值。通过上述方式可确定能够提升待处理光学元件性能的预处理能量密度范围，进而便于通过对待处理光学元件进行预辐照减小材料疵病及减小损伤前驱尺寸，从而提高对待处理光学元件的激光损伤阈值。

Description

用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体而言，涉及一种用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***。
背景技术
KDP(磷酸二氢钾)和DKDP(磷酸二氘钾)晶体是20世纪40年代发展起来的性能优良的无机非线性光学材料。因其具有较大的非线性光学系数、较高的激光损伤阈值、较宽的透光波段、优良的光学均匀性、易于实现相位匹配、易于生长大尺寸的单晶体等优点，在光学***中广泛应用。在高功率激光***中，激光诱导倍频晶体损伤已经成为限制***功率提升的一个关键因素。因此，如何提高晶体损伤阈值是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本发明实施例的目的在于提供一种用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***，其能够确定能够提升待处理光学元件性能的预处理能量密度范围，进而便于通过对待处理光学元件进行预辐照减小材料疵病及减小损伤前驱尺寸，从而提高对待处理光学元件的激光损伤阈值。
第一方面，本发明实施例提供一种用于确定激光预处理能量水平的测量方法，所述方法包括：
获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值；
根据所述单脉冲损伤阈值对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，获得所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值；
根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值。
可选地，在本发明实施例中，在所述根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值的步骤之后，所述方法还包括：
采用能量密度位于所述预处理能量密度范围内的激光脉冲对所述待处理光学元件进行预辐照，以提高所述待处理光学元件的损伤阈值。
可选地，在本发明实施例中，所述采用能量密度位于所述预处理能量密度范围内的激光脉冲对所述待处理光学元件进行预辐照的方式包括：
根据所述预处理能量密度范围设置用于预辐照的激光脉冲的能量密度及重复脉冲频率，并对所述待处理光学元件进行预辐照。
可选地，在本发明实施例中，所述获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值的方式包括：
利用1-on-1测试方式对所述待处理光学器件进行单脉冲损伤测试，以得到所述单脉冲损伤阈值。
可选地，在本发明实施例中，所述根据所述单脉冲损伤阈值对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，获得所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值的方式包括：
利用S-on-1测试方式对所述待处理光学元件进行重复脉冲损伤测试，得到不同重复脉冲下的重复脉冲损伤阈值，并将不同重复脉冲下的重复脉冲损伤阈值中的最小重复脉冲损伤阈值作为所述预处理能量密度范围的上限值。
可选地，在本发明实施例中，所根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值的步骤包括：
设置多个小于所述上限值的测试能量密度，并根据多个测试能量密度分别使用具有相同测试能量密度但脉冲数量不同的激光对所述待处理光学元件进行预处理；
分别对预处理后的所述待处理光学元件进行1-on-1测试，以得到预处理后的所述待处理光学元件的单脉冲损伤阈值；
根据多个预处理后的所述待处理光学元件的单脉冲损伤阈值分析得到可产生预处理效果的所述预处理能量密度范围的下限值。
第二方面，本发明实施例还提供一种测量***，应用于所述的用于确定激光预处理能量水平的测量方法，所述测量***包括控制装置、激光器、能量调节器、分光器、能量计、样品台、光源及图像采集器，
所述激光器用于提供激光脉冲，其中，所述能量调节器、分光器及样品台上承载的待处理光学元件设置在所述激光脉冲的光路上；
所述能量调节器与所述控制装置通信连接，用于根据所述控制装置的第一控制指令对所述激光器提供的激光脉冲进行能量调节；
所述分光器用于将经所述能量调节器调节后的激光脉冲分为两束，一束辐射至位于所述样品台上的待处理光学元件上，另一束辐射至所述能量计上；
所述能量计用于测量辐射至所述能量计上的激光脉冲能量，以获得辐射至所述待处理光学元件上的激光脉冲能量；
所述图像采集器与所述控制装置通信连接，用于在所述光源提供的光照下采集所述待处理光学元件上的光斑图像，并发送给所述控制装置，以使所述控制装置判断所述待处理光学元件被激光脉冲辐射后是否损伤。
可选地，在本发明实施例中，所述测量***还包括光闸，
所述光闸设置在所述激光器与所述能量调节器之间，且位于所述激光器提供的激光脉冲的光路上；
所述光闸与所述控制装置通信连接，用于根据所述控制装置的第二控制指令改变状态以控制由所述激光器提供的激光脉冲是否辐射至所述待处理光学元件上。
可选地，在本发明实施例中，所述测量***还包括波片及聚焦镜，其中，所述波片及所述聚焦镜位于所述激光器提供的激光脉冲的光路上，
所述波片设置在所述能量调节器及分光器之间，用于使经所述能量调节器调节后的激光脉冲中部分激光脉冲通过；
所述聚焦镜用于将经所述分光器分光后的其中一束激光脉冲聚焦至所述待处理光学元件上。
可选地，在本发明实施例中，所述控制装置与所述样品台通信连接，用于控制所述样品台运动以带动所述待处理光学元件移动，以便对所述待处理光学元件上不同的测试点进行测试。
相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供一种用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***。首先通过测试得到待处理光学元件的单脉冲损伤阈值，然后以小于所述单脉冲损伤阈值的不同能量密度对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，从而得到所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值。最后根据在小于该上限值的不同能量密度水平上采用不同脉冲数量对该待处理光学元件进行预处理测试，并根据预处理测试结果得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值。由此，通过上述方式可确定能够提升待处理光学元件性能的预处理能量密度范围，进而便于通过对待处理光学元件进行预辐照减小材料疵病及减小损伤前驱尺寸，从而提高对待处理光学元件的激光损伤阈值。
为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的测量方法的流程示意图之一。
图2是本发明实施例提供的损伤阈值与脉冲个数的关系图。
图3是图1步骤S130包括的子步骤的流程示意图。
图4是本发明实施例提供的测量方法的流程示意图之二。
图5是本发明实施例提供的损伤概率曲线示意图之一。
图6是本发明实施例提供的损伤概率曲线示意图之二。
图7是本发明实施例提供的损伤概率曲线示意图之三。
图8是本发明实施例提供的损伤阈值表。
图9是本发明实施例提供的损伤概率曲线示意图之四。
图10是本发明实施例提供的损伤概率曲线示意图之五。
图11是本发明实施例提供的损伤概率关于预处理能量的变化曲线。
图12是本发明实施例提供的测量***的示意图之一。
图13是本发明实施例提供的测量***的示意图之二。
图标：100-测量***；101-待处理光学元件；110-激光器；120-光闸；130-能量调节器；140-波片；151-分光器；152-能量计；160-聚焦镜；171-光源；172-图像采集器；180-样品台；190-控制装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1，图1是本发明实施例提供的用于确定激光预处理能量水平的测量方法的流程示意图之一。下面所述测量方法的具体流程进行详细阐述。
步骤S110，获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值。
在本实施例中，首先需要获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值，以便后续测得能够提高待处理光学元件的损伤阈值的预处理能量密度范围。其中，所述单脉冲损伤阈值大于所述预处理能量密度范围上限值。所述待处理光学元件可以是，但不限于，KDP晶体、DKDP晶体等。其中，能量密度与光斑面积的乘积为单脉冲能量。
在本实施例的实施方式中，所述获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值的方式包括：利用1-on-1测试方式对所述待处理光学元件进行单脉冲损伤测试，以得到所述单脉冲损伤阈值。单脉冲损伤测试利用标准的1-on-1测试方法(ISO-21254)确定单脉冲的损伤能量。其中，在1-on-1测试方式中每个测试点仅辐照一次。
步骤S120，根据所述单脉冲损伤阈值对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，获得所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值。
在实际使用中，待处理光学元件都会经历多发脉冲(上千发)的辐照，因此需要获得在多发次激光脉冲辐照下待处理光学元件的损伤阈值。在本实施例中，可利用S-on-1测试方式对所述待处理光学元件进行重复脉冲损伤测试，得到不同重复脉冲下的重复脉冲损伤阈值，并将不同重复脉冲下的重复脉冲损伤阈值中的最小重复脉冲损伤阈值作为所述预处理能量密度范围的上限值。
其中，S-on-1测试是取一能量密度的激光对样品(即待处理光学元件)上的一个点进行S发辐照，若样品在S发内发生损伤，则停止辐照，换下一个点。改变能量密度重复上述过程，得到各个能量密度对应的损伤概率，然后可绘制出损伤概率曲线。可选地，能量密度改变的过程可以是从所述单脉冲损伤阈值开始往下降低能量密度。
请参照图2，图2是本发明实施例提供的损伤阈值与脉冲个数的关系图。通过S-on-1测试可得到不同脉冲个数辐照下的损伤阈值。损伤阈值岁辐照脉冲个数的变化趋势如图2所示，随着脉冲个数的增加，损伤阈值会减小，最后会大致稳定，这个稳定的损伤阈值即为预处理能量密度范围的上限值。
步骤S130，根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值。
在本实施例中，请参照图3，图3是图1步骤S130包括的子步骤的流程示意图。步骤S130可以包括子步骤S131、子步骤S132及子步骤S133。
步骤S131，设置多个小于所述上限值的测试能量密度，并根据多个测试能量密度分别使用具有相同测试能量密度但脉冲数量不同的激光对所述待处理光学元件进行预处理。
步骤S132，分别对预处理后的所述待处理光学元件进行1-on-1测试，以得到预处理后的所述待处理光学元件的单脉冲损伤阈值。
步骤S133，根据多个预处理后的所述待处理光学元件的单脉冲损伤阈值分析得到可产生预处理效果的所述预处理能量密度范围的下限值。
在本实施例中，根据所述预处理能量密度范围的上限值逐步降低能量密度，以设置多个测试能量密度。然后在每个测试能量密度水平，分别使用不同脉冲个数对所述待处理光学元件进行预处理(比如，1发到3000发)。接下来则进行1-on-1测试，以确定在不同测试能量密度下能产生预处理效果的最低脉冲个数。其中，如果脉冲个数达到1000发，大于预设重复频率，并且没有产生预处理效果，则可以认为该能量密度不足以产生预处理效果。由此可确定能够产生预处理效果的最低能量密度，即得到所述预处理能量密度的下限值。其中，随着预处理激光脉冲个数的增大，预处理效果会逐步明显，比如，在1000发次下能产生预处理效果的能量密度小于1发次下能产生预处理效果的能量密度。
请参照图4，图4是本发明实施例提供的测量方法的流程示意图之二。在步骤S130之后，所述方法还可以包括步骤S140。
步骤S140，采用能量密度位于所述预处理能量密度范围内的激光脉冲对所述待处理光学元件进行预辐照，以提高所述待处理光学元件的损伤阈值。
在实施例的实施方式中，根据所述预处理能量密度范围设置用于预辐照的激光脉冲的能量密度及重复脉冲频率，并对所述待处理光学元件进行预辐照。能量密度及重复脉冲频率均会对预处理效果产生影响，其中，能量密度的影响较大。在用于预辐照的激光的能量密度大于所述预处理能量密度范围的下限值时，只提高能量密度或者只增加脉冲个数，均能提高预处理效果，即：在用于预辐照的激光的能量密度在所述预处理能量密度范围内时，若发次相同，能量密度越高，预处理效果越好；若能量密度相同，发次越多，预处理效果越好。
下面以所述待处理光学元件为DKDP晶体为例对测量方法进行举例说明。
先分别用1064nm(1ω)和355nm(3ω)激光对DKDP晶体进行1-on-1损伤测试，获得单脉冲损伤概率曲线，如图5(图5中的激光通量即为能量密度)所示，基于拟合曲线可获得单脉冲损伤阈值。其中，损伤测试所用的1ω激光的光斑直径为447μm，脉宽为10ns，频率为1Hz；而3ω激光的光斑直径为375μm，脉宽为10ns，频率为1Hz。根据拟合结果，得到DKDP晶体3ω的1-on-1损伤阈值约为11J/cm2，1ω的1-on-1损伤阈值约为17J/cm2。
接着分别用1ω和3ω激光进行重复脉冲损伤测试，获得不同脉冲下的重复损伤阈值，以得到所述预处理能量密度范围的上限值。图6所示为用1064nm(1ω)激光作S-on-1测试所得到的损伤概率曲线，损伤测试所用的1ω激光的光斑直径为447μm，脉宽为10ns，频率为30Hz。由图6可知，当S＝10时，DKDP晶体的损伤阈值(S-on-1)约为17J/cm2；当S＝100、S＝1000、S＝2000时，DKDP晶体的损伤阈值(S-on-1)约为10J/cm2，此时的损伤阈值明显低于S＝10时的损伤阈值。由此可知，当激光能量密度相同时，脉冲个数增多，会导致损伤概率增大，但当脉冲多余一定数量(比如，100)时，损伤阈值基本趋于稳定，趋于稳定的该损伤阈值则为使用1064nm(1ω)激光时的预处理能量密度范围的上限值。
图7所示为用355nm(3ω)激光作S-on-1测试得到的损伤概率曲线。测试所用的3ω激光的光斑直径为373μm，脉宽为10ns，频率为30Hz。测试表明，当S＝10、S＝100时，DKDP晶体的损伤阈值(S-on-1)约为11J/cm2，而当S＝1000、2000和3000时，损伤阈值(S-on-1)降低至约8J/cm2。由此可知，当激光能量密度相同时，脉冲个数增多，会导致损伤概率增大，脉冲个数超过一定数量(比如，1000)时，损伤阈值趋于稳定，趋于稳定的该损伤阈值则为使用355nm(3ω)激光时的预处理能量密度范围的上限值。
请结合参照图8，图8是本发明实施例提供的损伤阈值表。图8为根据曲线拟合结果得到的不同S的取值下DKDP晶体的S-on-1损伤阈值。在1ω和3ω的S-on-1测试过程中，出现以下现象：激光脉冲个数增加导致损伤阈值降低(降低约30％)，但当S继续增大至1000～3000发时，损伤阈值不会继续降低而是保持稳定。因此，可以认为损伤阈值保持稳定的数值即为DKDP晶体的安全能量点，即：使用1064nm(1ω)激光时的预处理能量密度范围的上限值约为10J/cm2，使用355nm(3ω)激光时的预处理能量密度范围的上限值约为8J/cm2。
最后确定预处理能量密度范围下限值。由于预处理效果与使用的激光的能量密度及脉冲发次有关，因此可测试得到具有不同能量密度及不同脉冲发次的激光各自对应的处理效果，以确定可产生预处理效果的最小能量密度。
图9所示为用不同能量密度和不同发次的1064nm(1ω)激光预处理后与未处理的DKDP晶体损伤概率的对比。在预处理时，先取样品上若干个点进行N-on-1(N＝100或1000)的预辐照，并记录预处理能量密度和对应点的坐标。接着，在预处理后的点上进行10-on-1的损伤测试，接着绘制样品的损伤概率曲线。预处理和损伤测试所用的激光参数均为1ω、447μm、10ns、30Hz。结合图9可知，未经预处理的DKDP晶体的10-on-1损伤阈值约为16J/cm2；用1000发6J/cm2预处理后的晶体的10-on-1损伤阈值约为20J/cm2；用100发8J/cm2预处理后的晶体的10-on-1损伤阈值也约为20J/cm2；而用1000发8J/cm2的激光预辐照后样品的10-on-1损伤阈值约为25J/cm2。
图10所示为用不同能量密度和不同发次的355nm(3ω)激光预处理后与未处理的DKDP晶体损伤概率的对比。在预处理时，取样品上若干个点进行N-on-1(N＝100或1000)的预辐照，并记录预处理能量密度和对应点的坐标。接着，在预处理后的点上进行10-on-1的损伤测试，接着绘制样品的损伤概率曲线。预处理和损伤测试所用的激光均为3ω、373μm、10ns、30Hz。结合图10可知，未经预处理的DKDP晶体的10-on-1损伤阈值约为11J/cm2；用100发4.5J/cm2的激光处理后其10-on-1损伤阈值为12J/cm2；用1000发2J/cm2的激光处理后其10-on-1损伤阈值为12J/cm2；用1000发4.5J/cm2、100发6J/cm2和1000发6J/cm2的激光处理后晶体的10-on-1损伤阈值接近，约为17J/cm2。
结合上述内容可知，增加预处理的能量密度可以提升DKDP晶体的性能，相同能量密度时，增大预处理的发次也可以提升DKDP晶体的性能。其中，预处理能量密度的上限值由重复脉冲损伤阈值决定，发次超过一定发次值(比如，1000发)后，预处理效果趋于稳定。
分别测量用1ω和3ω激光预处理DKDP晶体时能产生预处理效果的最低能量，从而得到分别使用1064nm(1ω)激光、355nm(3ω)时的预处理能量密度范围的下限值。预处理测试所用的1ω激光参数为1064nm、447μm、10ns、1Hz；3ω激光的参数为355nm、375μm、10ns、1Hz。实验过程中，先设定预处理的激光的能量密度，然后取样品上30个点做N-on-1(N＝3)的激光预处理，再对预处理过的点进行损伤测试。接着改变预处理激光的能量密度，保持损伤测试的激光能量密度不变，重复实验。用1ω激光预处理时，损伤测试的激光为25J/cm2，1ω；用3ω激光预处理时，损伤测试的激光为18J/cm2，3ω。最终得到损伤概率关于预处理能量密度的变化曲线，如图11所示。
由图11可以看出，随着预处理能量密度的增加，损伤概率先保持平稳随后开始下降。若损伤概率下降到0.6，则认为产生了预处理效果，那么在用1ω激光预处理时，能产生预处理效果的最低能量密度约为6-8J/cm2；在用3ω激光预处理时，能产生预处理效果的最低能量密度约为4-6J/cm2。由此，通过上述可得到在用1ω激光预处理时，能产生预处理效果的预处理能量密度范围为6-8J/cm2至10J/cm2；在用3ω激光预处理时，能产生预处理效果的预处理能量密度范围为4-6J/cm2至8J/cm2。
在对待处理元件进行预处理时，采用能量密度位于预处理能量密度范围内激光进行预辐照，可提高待处理元件的损伤阈值。若使用的能量密度高于预处理能量密度范围的上限值，小于单脉冲损伤阈值，则将产生疲劳效应，发生多脉冲损伤；在激光能量密度相同时，发次越多，损伤概率越大。其中，疲劳效应使损伤阈值减低。
请参照图12，图12是本发明实施例提供的测量***100的示意图之一。所述测量***100可用于上述测量方法中，以获得待处理光学元件101的预处理能量密度范围。所述测量***100可以包括激光器110、能量调节器130、分光器151、能量计152、样品台180、光源171、图像采集器172及控制装置190。其中，所述控制装置190可以是，但不限于，计算机。
所述激光器110用于提供激光脉冲。其中，所述能量调节器130及分光器151均位于由所述激光器110提供的激光的光路上。所述样品台180用于承载待处理光学元件101，该待处理光学元件101也位于由所述激光器110提供的激光的光路上。所述能量调节器130与所述控制装置190通信连接，用于根据所述控制装置190的第一控制指令对所述激光器110提供的激光脉冲进行能量调节。所述分光器151用于将经所述能量调节器130调节后的激光脉冲分为两束，一束辐射至所述待处理光学元件101上，另一束辐射至所述能量计152上。所述能量计152用于测量辐射至所述能量计152上的激光脉冲能量，以获得辐射至所述待处理光学元件101上的激光脉冲能量。所述图像采集器172与所述控制装置190通信连接，用于在所述光源171提供的光照下采集所述待处理光学元件101上的光斑图像，并发送给所述控制装置190，以使所述控制装置190判断所述待处理光学元件101被激光脉冲辐射后是否损伤。
在所述测量***100中，所述控制装置190通过能量调节器130的控制，可以控制在测试过程中脉冲能量增长的步长，从而满足测试需求。所述控制装置190还可以基于通过所述图像采集器172获得的光斑图像确定当前待处理光学元件101上被激光脉冲辐射后的区域内是否发生损伤。通过上述设置，可判断激光脉冲辐射后的区域中是否发生损伤，并得到该激光脉冲的能量。
请参照图13，图13是本发明实施例提供的测量***100的示意图之二。所述测量***100还可以包括光闸120。所述光闸120设置在所述激光器110与所述能量调节器130之间，且位于所述激光器110提供的激光脉冲的光路上。所述光闸120与所述控制装置190通信连接，用于根据所述控制装置190的第二控制指令改变状态以控制由所述激光器110提供的激光脉冲是否辐射至所述待处理光学元件101上，从而实现激光的发射和中止的控制。比如，所述控制装置190控制所述光闸120打开，所述激光器110提供的激光则依次经过能量调节器130、分光器151辐射至所述待处理光学元件101上；所述控制装置190控制所述光闸120关闭，则阻断光路，所述激光器110提供的激光不能辐射至所述待处理光学元件101上。由此，在测试过程中，由于激光脉冲发射次数与激光器110频率及光闸120的打开时间相关，因此所述控制装置190可基于对光闸120的控制实现对发射次数的控制。其中，所述光闸120可以是，但不限于，快门。
在本实施例中，所述测量***100还包括波片140及聚焦镜160，其中，所述波片140及所述聚焦镜160位于所述激光器110提供的激光脉冲的光路上。所述波片140设置在所述能量调节器130及分光器151之间，用于使经所述能量调节器130调节后的激光脉冲中部分激光脉冲通过，从而滤除杂散光，避免杂散光辐射至待处理光学元件101上。所述聚焦镜160用于将经所述分光器151分光后的其中一束激光脉冲聚焦至所述待处理光学元件101上。由此，在测试时，激光器110提供的激光依次经过光闸120、能量调节器130、波片140、分光器151、聚焦镜160辐射至所述待处理光学元件101上。
在本实施例中，所述控制装置190与所述样品台180通信连接，用于控制所述样品台180运动以带动所述待处理光学元件101移动，以便对所述待处理光学元件101上不同的测试点进行测试。其中，所述样品台180的移动精度达到10-6m，所述待处理光学元件101为Ⅱ类DKDP晶体，50mm×50mm×10mm。在测试过程中，需要测试待处理光学元件101上的很多点，也就是样品的很多位置，位置之间不能交叠，对照光斑大小，该移动精度可保证样品表面位置不会有交叠。其中，在单脉冲损伤测试过程中，该激光器110的脉冲重复频率为1Hz；在多脉冲损伤测试过程中，该激光器110的脉冲重复频率可以为30Hz。
综上所述，本发明实施例提供一种用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***。首先通过测试得到待处理光学元件的单脉冲损伤阈值，然后以小于所述单脉冲损伤阈值的不同能量密度对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，从而得到所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值。最后根据在小于该上限值的不同能量密度水平上采用不同脉冲数量对该待处理光学元件进行预处理测试，并根据预处理测试结果得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值。由此，通过上述方式可确定能够提升待处理光学元件性能的预处理能量密度范围，进而便于通过对待处理光学元件进行预辐照减小材料疵病及减小损伤前驱尺寸，从而提高对待处理光学元件的激光损伤阈值。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于确定激光预处理能量水平的测量方法，其特征在于，所述方法包括：
获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值，所述待处理光学元件包括KDP晶体和DKDP晶体；
根据所述单脉冲损伤阈值对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，获得所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值；
根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值；
所述根据所述单脉冲损伤阈值对所述待处理光学元件进行多脉冲损伤测试，获得所述待处理光学元件的预处理能量密度范围的上限值的方式包括：
利用S-on-1测试方式对所述待处理光学元件进行重复脉冲损伤测试，得到不同重复脉冲下的重复脉冲损伤阈值，并将不同重复脉冲下的重复脉冲损伤阈值中的最小重复脉冲损伤阈值作为所述预处理能量密度范围的上限值；
所述根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值的步骤包括：
设置多个小于所述上限值的测试能量密度，并根据多个测试能量密度分别使用具有相同测试能量密度但脉冲数量不同的激光对所述待处理光学元件进行预处理；分别对预处理后的所述待处理光学元件进行1-on-1测试，以得到预处理后的所述待处理光学元件的单脉冲损伤阈值；根据多个预处理后的所述待处理光学元件的单脉冲损伤阈值分析得到可产生预处理效果的所述预处理能量密度范围的下限值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述上限值以不同脉冲数量对所述待处理光学元件进行预处理测试，得到可产生预处理效果的预处理能量密度范围的下限值的步骤之后，所述方法还包括：
采用能量密度位于所述预处理能量密度范围内的激光脉冲对所述待处理光学元件进行预辐照，以提高所述待处理光学元件的损伤阈值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用能量密度位于所述预处理能量密度范围内的激光脉冲对所述待处理光学元件进行预辐照的方式包括：
根据所述预处理能量密度范围设置用于预辐照的激光脉冲的能量密度及重复脉冲频率，并对所述待处理光学元件进行预辐照。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得待处理光学元件的单脉冲损伤阈值的方式包括：
利用1-on-1测试方式对所述待处理光学器件进行单脉冲损伤测试，以得到所述单脉冲损伤阈值。
5.一种测量***，其特征在于，应用于权利要求1-4中任意一项所述的用于确定激光预处理能量水平的测量方法，所述测量***包括控制装置、激光器、能量调节器、分光器、能量计、样品台、光源及图像采集器，
所述激光器用于提供激光脉冲，其中，所述能量调节器、分光器及样品台上承载的待处理光学元件设置在所述激光脉冲的光路上；
所述能量调节器与所述控制装置通信连接，用于根据所述控制装置的第一控制指令对所述激光器提供的激光脉冲进行能量调节；
所述分光器用于将经所述能量调节器调节后的激光脉冲分为两束，一束辐射至位于所述样品台上的待处理光学元件上，另一束辐射至所述能量计上；
所述能量计用于测量辐射至所述能量计上的激光脉冲能量，以获得辐射至所述待处理光学元件上的激光脉冲能量；
所述图像采集器与所述控制装置通信连接，用于在所述光源提供的光照下采集所述待处理光学元件上的光斑图像，并发送给所述控制装置，以使所述控制装置判断所述待处理光学元件被激光脉冲辐射后是否损伤。
6.根据权利要求5所述的测量***，其特征在于，所述测量***还包括光闸，
所述光闸设置在所述激光器与所述能量调节器之间，且位于所述激光器提供的激光脉冲的光路上；
所述光闸与所述控制装置通信连接，用于根据所述控制装置的第二控制指令改变状态以控制由所述激光器提供的激光脉冲是否辐射至所述待处理光学元件上。
7.根据权利要求6所述的测量***，其特征在于，所述测量***还包括波片及聚焦镜，其中，所述波片及所述聚焦镜位于所述激光器提供的激光脉冲的光路上，
所述波片设置在所述能量调节器及分光器之间，用于使经所述能量调节器调节后的激光脉冲中部分激光脉冲通过；
所述聚焦镜用于将经所述分光器分光后的其中一束激光脉冲聚焦至所述待处理光学元件上。
8.根据权利要求7所述的测量***，其特征在于，
所述控制装置与所述样品台通信连接，用于控制所述样品台运动以带动所述待处理光学元件移动，以便对所述待处理光学元件上不同的测试点进行测试。
CN201811045738.4A 2018-09-07 2018-09-07 用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量*** Active CN109115684B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811045738.4A CN109115684B (zh) 2018-09-07 2018-09-07 用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811045738.4A CN109115684B (zh) 2018-09-07 2018-09-07 用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109115684A CN109115684A (zh) 2019-01-01
CN109115684B true CN109115684B (zh) 2020-11-03

Family

ID=64858965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811045738.4A Active CN109115684B (zh) 2018-09-07 2018-09-07 用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109115684B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110587122A (zh) * 2019-10-28 2019-12-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光材料损伤性能的预处理装置和处理方法
CN110749606A (zh) * 2019-11-14 2020-02-04 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种基于光学元件的激光损伤检测方法及***
CN112665830B (zh) * 2020-12-17 2023-02-17 南方科技大学 一种连续可变波长损伤阈值测试装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6399914B1 (en) * 2000-07-10 2002-06-04 Igor Troitski Method and laser system for production of high quality laser-induced damage images by using material processing made before and during image creation
CN101526461B (zh) * 2009-04-01 2012-04-18 中国科学院上海光学精密机械研究所 光学薄膜抗重复频率激光损伤特性的评价方法
CN102605333B (zh) * 2012-03-28 2013-11-27 中国矿业大学 高温环境下具有高激光损伤阈值氧化钽薄膜的制备方法
CN202984912U (zh) * 2012-12-17 2013-06-12 合肥知常光电科技有限公司 一种透明光学元件的快速激光预处理装置
GB201307321D0 (en) * 2013-04-23 2013-05-29 Element Six Ltd Synthetic diamond optical elements
CN103100792B (zh) * 2013-03-12 2015-04-22 合肥知常光电科技有限公司 带在线检测的光学元件激光预处理及修复的装置及方法
CN103449731B (zh) * 2013-09-06 2016-06-22 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种提升熔石英光学元件损伤阈值的方法
CN105665921B (zh) * 2016-04-21 2018-04-06 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种光学元件激光预处理***
CN105772937B (zh) * 2016-05-26 2017-09-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 并排放置透明光学元件的激光预处理装置和方法
CN106770311B (zh) * 2016-11-22 2019-05-07 山东大学 一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置及测试方法
CN106964893B (zh) * 2017-05-15 2018-11-06 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 用于光学元件的激光预处理装置及处理方法
CN107884423B (zh) * 2017-10-27 2021-05-25 中国人民解放军国防科技大学 一种基于典型缺陷特征的kdp晶体损伤阈值预测方法
CN107870162A (zh) * 2017-11-01 2018-04-03 电子科技大学 提高光学元件在纳秒三倍频激光辐照下损伤阈值的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109115684A (zh) 2019-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109115684B (zh) 用于确定激光预处理能量水平的测量方法及测量***
US11548093B2 (en) Laser apparatus for cutting brittle material
CN109848561B (zh) 一种激光-mag焊接熔深的实时监测调控***
CN107378235B (zh) 飞秒激光加工***及方法
CN106770311A (zh) 一种晶体激光预处理与点对点损伤测试装置及测试方法
CN112496529A (zh) 激光切割***
CN106964893B (zh) 用于光学元件的激光预处理装置及处理方法
DE112009001200T5 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren
KR20150033994A (ko) 레이저 커팅 장치 및 그 커팅 방법
JP2003272892A (ja) Ｘ線発生方法およびｘ線発生装置
DE102018206307A1 (de) Bewertungseinspannung und Bewertungsverfahren für eine Detektionseinheit für eine Höhenposition einer Laserbearbeitungsvorrichtung
KR20160010041A (ko) 레이저 회절빔의 필라멘테이션을 이용한 취성 소재 가공 방법 및 이를 위한 레이저 가공 장치
CN114850660B (zh) 一种涡旋光束的激光加工方法
Campbell et al. Single-pulse femtosecond laser machining of glass
TW201713930A (zh) 製備用於微結構診斷的樣本的方法以及用於微結構診斷的樣本
AT386297B (de) Ionenstrahlgeraet und verfahren zur ausfuehrung von aenderungen, insbes. reparaturen an substraten unter verwendung eines ionenstrahlgeraetes
Jiang et al. Mitigation of laser damage growth in fused silica by using a non-evaporative technique
US20210299788A1 (en) Machine learning method used for laser processing system, simulation apparatus, laser processing system and program
JPS63151042A (ja) 半導体結晶におけるイオン注入量測定方法
JPH04167986A (ja) レーザ加工装置
CN113866166B (zh) 一种提升光学元件激光损伤阈值的时间整形脉冲及其选择方法
CN108303239A (zh) 一种激光光学元件使用寿命加速测试和预计方法
JP2006320938A (ja) レーザ加工方法及び装置
Capoulade et al. Influence of the laser beam size on laser-induced damage in KH2PO4
US12040201B2 (en) System and method to minimize irradiation non uniformity

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant