CN114839145A - 一种激光损伤分析测试仪器 - Google Patents
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Abstract
一种结合了紫外激光光谱分析和图像识别的激光损伤分析测试仪器，包括：工作波长激光光源和紫外激光光源、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器。本发明中，以工作波长激光对样品进行损伤测试，并以同轴的紫外激光在原位展开精细成像分析和光谱分析，通过工作波长激光和紫外激光在样品测试区域产生的光学信号能够对样品的折射、散射、成分均匀性、缺陷和损伤情况等进行综合采集，冀此实现激光损伤的快速检测及损伤区域精确定位、损伤类型区分、损伤成因分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料性能测试技术领域，具体的，涉及一种结合了紫外激光光谱分析和图像识别的激光损伤分析测试仪器。
背景技术
激光往往具备极高的能量密度，这是它与常规光源的一个显著区别，也是它在众多领域得到应用的前提条件，比如说非线性光学、激光合成、激光加工。伴随激光能量密度或者功率密度的提升，激光设备不可避免要遇到激光对光学器件和光学材料带来损伤的问题，这就要求掌握光学器件和光学材料的抗激光损伤性能，为激光的设计和使用提供可靠的参考。激光损伤分析测试就是为了评判光学器件和光学材料的抗激光损伤性能而发展起来的，已经建立了一系列的测试标准能够较为客观地对光学器件和光学材料的抗激光损伤性能进行评价。
在常规激光损伤测试中，通常需要根据多次测试数据进行统计分析，但是往往会面临测试结果的离散性极大的干扰，或是不同测量实验室给出的结果差距巨大，这很大程度是由于激光损伤的成因不同所导致的。激光损伤的成因是相当复杂的，光学加工缺陷、材料内部缺陷、成分不均匀性、光折变、光电离等等都会带来光学器件和光学材料的激光损伤，激光能量或频率不同，带来的损伤类型是完全不同的。以往的激光损伤测试中，很少结合损伤成因进行分析测试。
因此，如何能够对激光损伤进行分析，进一步的快速确定激光损伤的区域和过程，从而分析激光损伤的类型和成因成为现有技术亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种激光损伤分析测量仪器，工作波长激光结合紫外激光，在对光学材料和光学器件进行激光损伤测试时，能够通过原位的高分辨光学图像分析和相关光学信号分析，精确确定激光损伤区域并掌握激光破坏过程，进而综合分析激光损伤类型及成因。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种激光损伤分析测量仪器，其特征在于，包括如下部件：
光源模块、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器；
所述光源模块包括工作波长激光光源和紫外激光光源；
所述工作波长激光光源，用于发射工作波长激光照射样品，进行样品损伤测试，所述的工作波长激光光源为高峰值功率的脉冲激光，其工作波长、脉冲宽度、峰值功率、单脉冲能量和/或重复频率根据测试要求进行选择；
所述紫外激光光源，发射波长在200~360nm之间的用于光谱分析的紫外激光；
所述工作波长激光光源发出的所述工作波长激光和所述紫外激光经过反射镜后与工作波长激光保持同轴传播；
所述工作波长激光探测器，用于实时测量工作波长激光的能量、脉冲宽度和光束分布，以确保损伤测试的精确度；
所述样品台，用于承载样品，并且能够在三维方向上移动，以选择激光损伤分析测试区域；
所述光学监控探测器，位于样品的光轴路径上的另外一侧，用于采集激光照射区域的图像信息，并传输至信息处理***，进行光学图像分析；
所述侧面光学成像模块，位于所述样品的侧面，并能够在一定维度上进行移动，以便控制该成像模块的成像区域，其具有光学变倍放大能力，用于从样品侧面采集激光通过样品的光路上的光散射及光谱信息，并传输至信息处理***，进行光学图像分析；
所述光谱分析探测器，位于所述样品的侧面，包括至少一个光谱探测器，用于采集工作波长激光和紫外激光照射样品后产生的光谱变化信息，包括谱线分布和强度。
可选的，还具有第一45°反射镜，位于工作波长激光和紫外激光的光路交叉点，用于将所述工作波长激光和所述紫外激光合束至同轴，并入射至样品，并将所述工作波长激光的一部分反射至所述工作波长激光探测器上；
第二45°反射镜，位于所述样品的侧面，在所述样品和所述侧面光学成像模块之间，对工作波长激光和紫外激光照射样品时产生的侧向发射的光信号进行分光，其中一部分光学信号直接通过第二45°反射镜进入所述侧面光学成像模块，其余部分由第二45°反射镜反射进入光谱分析探测器，第二45°反射镜可根据测试要求选择合适的分光比。
可选的，还包括，信息处理***用于控制光源模块、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器，并采集它们获取的信息与数据库内部信息进行同步处理、对比分析。
可选的，在样品的激光出射端，即样品的光轴路径上的另外一侧，设置有光学监控探测器，所述光学监控探测器包括不同放大倍率的光学镜头及探测器，其前方放置有光学滤光器，其光谱响应范围从紫外激光频率到近红外光区域，用于探测激光能量、激光散射、非线性光学信号，以确定样品在激光照射下的各种变化。
可选的，所述工作波长激光光源，在其与第一45°反射镜之间还具有光学滤光器、光学偏振器、波片，光学整形透镜和可调光阑中的一个或多个，其中，该光学滤光器用于过滤工作波长激光之外的光，光学偏振器和波片用于控制工作波长激光的偏振状态，光学整形透镜用于对工作波长激光进行整形以控制激光光束的传输质量、能量分布及焦点位置，可调光阑用于抑制杂散光、控制传输的工作波长激光的光束形状；
所述紫外激光光源，在其与第一45°反射镜之间，还包括光开关、第二光学滤光器、光学整形透镜组和可调光阑中的一个或多个，其中，光开关用于控制紫外激光的输出，该光学滤光器用于过滤紫外激光之外的光并调节紫外激光强度，光学整形透镜组用于紫外激光整形以控制激光光束的传输质量、能量分布及焦点位置，可调光阑用于抑制杂散光、控制传输的激光的光束形状。
可选的，所述紫外激光的平均功率大于1mW,紫外激光的光束大小与工作波长激光接近。
可选的，第一45°反射镜在45°放置时对基频激光的透过率大于95%，对紫外激光的反射率>80%，基频激光和紫外激光经过第一45°反射镜后同轴同向传播；
第二45°反射镜根据测试要求选择合适的分光比。
可选的，所述样品台用于承载测量使用的光学样品，根据测试需要在不同方向上移动，位移分辨率优于10μm，位移重复定位精度优于10μm。
可选的，所述侧面光学成像模块用于进行光学图像分析，包括不同放大倍率的光学镜头及成像探测器，并通过位移精确控制成像区域；所述侧面光学成像模块使用辅助光学器件来满足采集激光照射区域图像信息的要求，所述辅助光学器件包括光学衰减片、滤光片、光学偏振器件和可调光阑；
所述光谱分析探测器为单个探测器或多个探测器，所述探测器包括光学成像CCD探测器、硅光光电探测器和光电倍增管；
所述的光谱分析探测器的每个探测窗口前设置有辅助光学器件，所述辅助光学器件包括光学衰减片、滤光片、光学偏振器件和可调光阑。
可选的，所述信息处理***能够同步控制所述光源模块、所述样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器，并同步采集它们获取的信息进行综合分析处理；
所述数据库包括光谱信息、图像信息、能量信息，所述信息处理***能够进行损伤区域定位、损伤类型区分，并结合数据库信息展开损伤成因分析。
本发明具有如下优点：
1）在激光损伤分析测试中工作波长激光结合紫外激光进行分析测试，通过原位的高分辨光学图像分析和相关光学信号分析，能够精确确定激光损伤区域并掌握激光破坏过程，进而综合分析激光损伤类型及成因。
2）通过紫外激光在损伤前的检测，能够更有针对性地选择样品损伤测试区域，提高测试的一致性及测量结果的准确性。
3）紫外激光的原位分析，使得激光损伤分析测试更有针对性，可以完成特定类型、区域对象的快速而准确的测试。
4）智能化分析测试技术结合数据库可以自动高效、准确完成激光损伤测试实验。
附图说明
图1是根据本发明具体实施例的激光损伤分析测量仪器的示意图。
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
6、样品台；7、样品；10、工作波长激光器；11、紫外激光器；20、第一光学滤光器；21、波片；22、第二光学滤光器；23、第三光学滤光器；24、第四光学滤光器；25、第五光学滤光器；26、第六光学滤光器；27、第七光学滤光器；30、第一45°反射镜；31、第二45°反射镜；32、第三45°反射镜；33、第四45°反射镜；40、工作波长激光探测器；41、侧面光学成像模块；42、第一光谱探测器；43、第二光谱探测器；44、第三光谱探测器；45、光学监控探测器；50、光学偏振器；51、光学整形透镜组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明在于：使用运行在工作波长的大功率激光器，发射工作波长的激光，进行样品的激光损伤测试，所述工作波长的激光其工作频率、峰值功率、单脉冲能量均可以变化，入射至样品中，以同轴的紫外激光作为辅助，逐步压缩脉宽、提高重复频率、峰值功率或者单脉冲能量，直至破坏样品，从而进行样品的原位激光损伤测试，利用紫外激光的光谱信息、散射信号、高清图像分析，综合分析样品在损伤测试前、测试中及测试后的各项参数，通过智能化比对和数据库分析，高效自动完成样品的激光损伤分析测试。
具体的，参见图1，示出了根据本发明具体实施例的激光损伤分析测量仪器的示意图，包括如下部件：
光源模块、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器；
所述光源模块包括工作波长激光光源10和紫外激光光源11；
所述工作波长激光光源10，用于发射工作波长激光照射样品，进行样品损伤测试，所述的工作波长激光光源为高峰值功率的脉冲激光，激光波长、脉冲宽度、峰值功率、单脉冲能量和和/或重复频率根据测试要求进行选择；
本领域技术人员应当知道，所述选择，指的是在样品损失测试中，根据测量标准要求，设定相应的脉宽、重复频率，调节激光输出能量，直至样品产生光学损伤，从而进行样品的激光损伤测试。
所述工作波长，指的是样品在工作中常用的激光波长。例如，对于非线性晶体，所述工作波长为基频波长，对于其他光学材料，可以为其位于工作状态的波长。
所述紫外激光光源11，发射波长在200~360nm之间的用于光谱分析的紫外激光；
所述工作波长激光光源10发出的所述工作波长激光和所述紫外激光经过第一45°反射镜后与工作波长激光保持同轴传播；
第一45°反射镜30，位于工作波长激光和紫外激光的光路交叉点，用于将所述工作波长激光和所述紫外激光合束至同轴，并入射至样品，并将所述工作波长激光的一部分反射至工作波长激光探测器40上；
所述工作波长激光探测器40，用于实时测量工作波长激光的能量、脉冲宽度和光束分布，以确保损伤测试的精确度；
所述样品台6，用于承载样品7，并且能够在三维方向上移动，以选择激光损伤分析测试区域；
所述侧面光学成像模块41，位于所述样品的侧面，并能够在一定维度上进行移动，以便控制该成像模块的成像区域，其具有光学变倍放大能力，用于从样品侧面采集激光通过样品的光路上的光散射及光谱信息，并传输至信息处理***，进行光学图像分析；
所述光谱分析探测器，位于所述样品的侧面，包括至少一个光谱探测器，用于采集工作波长激光和紫外激光照射样品后产生的光谱变化信息，包括谱线分布和强度。
所述第二45°反射镜，位于所述样品的侧面，在所述样品和所述侧面光学成像模块41之间，对工作波长激光和紫外激光照射样品时产生的侧向发射的光信号进行分光，其中一部分光学信号直接通过第二45°反射镜进入所述侧面光学成像模块41，其余部分由第二45°反射镜反射进入光谱分析探测器，第二45°反射镜可根据测试要求选择合适的分光比。
因此，本发明利用工作波长激光和紫外激光进行激光损伤的分析测量，对于工作波长激光，根据测量标准要求，设定相应的脉宽、重复频率，调节激光输出能量，直至样品产生光学损伤，从而进行样品的激光损伤测试；对于紫外激光，其与工作波长激光合束后保持同轴同向传播，能够对光学样品进行工作激光照射前、照射中和照射后的原位分析，通过激光光束的信号变化了解测试过程中样品的成分变化、热畸变、散射、非线性效应等，以及激光能量的波动，去评价激光损伤的全过程，比如说损伤区域所在、损伤类型、损伤产生的阶段或样品缺陷对激光损伤性能的影响等等，能够同步、高效、精准地完成样品的激光损伤测量。
以往在激光损伤分析测试中，受到测试手段的限制，测试样品的待测区域选择一般都是随机选取，或者根据激光损伤测试制定的标准进行选择，这就要求测试样品的均匀性、一致性要相当的好，而实际上，材料是很难达到这种理想状态的，材料表面状态、成分、内部包裹物或气泡、应力状态等等都会对材料的激光损伤性能产生影响；为了提高激光损伤测试的可靠性和准确性，在进行激光损伤测试前对样品进行检测分析，选择品质优良、均一的区域进行测试，或针对某一特定缺陷进行破坏测量，这是非常有效的方法，但是相关的检测分析一般都是在激光损伤测试前所进行的，与激光损伤测试的区域很难精准重合，影响了测试结果的准确性、可靠性和重复性；即使引入一些测试手段进行原位分析，也很难实现激光损伤测试的动态研究。
引入紫外激光配合工作波长激光进行原位激光损伤测试，通过工作波长激光照射前的精准区域分析、工作波长激光照射中的动态辅助以及工作波长激光照射后的及时分析，能够快速、高效、准确、深入地完成激光损伤分析测试过程；同时，针对部分样品，还可使用高能量紫外激光使其处于激发态，再以工作波长激光进行损伤分析测试。
在本发明中，工作波长激光和紫外激光合束后照射测试样品，使得二者在到达样品表面开始、进而在样品内部传播直至离开样品，工作区域保持一致，能够实现准确的原位测试，确保了测试区域的精准。在工作波长激光照射测试样品前，选择紫外激光作为分析光源照射样品对其光学品质进行综合分析是基于紫外波段对材料的化学成分敏感性、光学吸收特性等性能考虑，如常用于激光器件的熔融石英玻璃，影响其激光损伤性能的重要因素为金属杂质和羟基，以266nm紫外激光通过石英玻璃的光学吸收系数（光学监控探测器45）及激发光谱（光谱分析探测器）都可以测定该区域的羟基含量，并且紫外激光的光学分辨力高、能量密度大，有利于发现光学器件表面缺陷和内部包裹、气泡、条纹（侧面光学成像模块41），利用紫外激光对样品光学品质的分析能够为测试区域的选择提供参考依据；在工作波长激光照射测试样品时，紫外激光依靠激发信号（光谱分析探测器）、光学畸变和散射（侧面光学成像模块41和光学监控探测器45）、光学吸收系数变化（光学监控探测器45）等对工作波长激光的损伤测试进行实时原位分析，最为简易的就是以紫外激光在光学样品中的损耗情况进行激光损伤的动态分析（光学监控探测器45），根据紫外激光的能量和光束畸变，可以分析样品在测试过程中何时开始出现损伤迹象、何时损伤加剧、何时形成最终破坏以及全过程的热应力分布；又如CaF2晶体，容易在高能态照射下产生色心，在工作波长激光进行损伤测试中，若在样品内部的光路中某一点产生明显光学散射，以紫外激光照射该点处，其发射的光谱特性能够符合色心产生的特征，那么就可以精准对该处区域的变化进行分析；同样，在工作波长激光照射样品产生损伤后，在本发明中可以很快确定激光的损伤区域，利用紫外激光在该区域的光学信号可以进行快速原位分析，例如以拉曼光谱的信号可以分析损伤区域的物质成分变化，以高光学分辨图像研究损伤的形貌，并且可以跟踪损伤的时域特性。
更进一步，本发明还可以进行紫外激发态下的激光损伤测试。在一定能量的紫外激光激发下，有些光学材料或是材料的缺陷会处于紫外受激状态，这时材料的抗激光损伤能力会受到影响，研究这一特性将会为严苛条件下光学元器件的选择和使用提供参考。
此外，本发明将侧面光学成像模块41和光谱分析探测器设置在了光路的侧面，能够确定激光损伤区域的位置，即其在光路上的哪个位置，一方面，从侧面可以观察到整条光路区域上的光散射信号，也能够采集相应的发射光谱信号，另一方面，损伤发生的区域其散射信号会明显加强，从侧面可以容易避开其它干扰，确定损伤是在样品表面还是内部。
进一步的，所述工作波长激光光源10，在其与第一45°反射镜30之间还具有第一光学滤光器20、光学偏振器50、波片21，光学整形透镜51和可调光阑中的一个或多个，其中，所述第一光学滤光器20用于过滤工作波长激光之外的光，光学偏振器50和波片21用于控制工作波长激光的偏振状态，光学整形透镜51用于对工作波长激光进行整形以控制激光光束的传输质量、能量分布及焦点位置，可调光阑用于抑制杂散光、控制传输的工作波长激光的光束形状。
所述紫外激光光源11，在其与第一45°反射镜30之间，还包括光开关、第二光学滤光器22、光学整形透镜组和可调光阑中的一个或多个，其中，光开关用于控制紫外激光的输出，第二光学滤光器22用于过滤紫外激光之外的光并调节紫外激光强度，光学整形透镜组用于紫外激光整形以控制激光光束的传输质量、能量分布及焦点位置，可调光阑用于抑制杂散光、控制传输的激光的光束形状。
信息处理***用于控制光源模块、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器，并采集它们获取的信息与数据库内部信息进行同步处理、对比分析。
具体的，所述信息处理***能够同步控制光源模块、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器，并同步采集它们获取的信息进行综合分析处理；
所述数据库包括光谱信息、图像信息、能量信息，所述信息处理***能够进行损伤区域定位、损伤类型区分，并结合数据库信息展开损伤成因分析。
在一个可选的实施例中，所述紫外激光的平均功率大于1mW,紫外激光的光束大小与工作波长激光接近，因此在紫外激光照射样品时，其频率和能量密度足以产生能够用于激光损伤分析所需的部分光谱信号和图像信息。
第一45°反射镜30在45°放置时具有二向色性，对紫外激光全反射率，对工作波长激光能够按照一定的比例进行分光。示例性的，第一45°反射镜在45°放置时对工作波长激光的透过率大于95%，对紫外激光的反射率>80%，基频激光和紫外激光经过第一45°反射镜后同轴同向传播（合束），同时基频激光由第一45°反射镜反射的激光进入光学探测器，由光学探测器对基频激光进行实时监控。
进一步优选的，其中，超过98%的工作波长激光直接通过该反射镜，少于2%的工作波长激光被反射到工作波长激光探测器40。
第二45°反射镜31位于测试样品的侧面，其为45°放置的二向色镜，其光谱透过和发射特性根据仪器的需要进行选择设计，以满足侧面光学成像模块41和第一至第三光谱探测器42、43、44的信息采集要求。
所述光谱分析探测器，可以包括多个光谱探测器，通过多个分光镜片进行分光，使对应频谱区域的光谱信号分别进入不同的光谱探测器，从而扩充了本发明的样品分析范围，能够针对不同的样品，适用于宽波长范围的激光，对不同的样品进行分析。
例如，所述光谱分析探测器包括第一至第三光谱探测器42、43、44，第三45°反射镜32和第四45°反射镜33均为45°放置的二向色镜，用于将第二45°反射镜反射过来的光谱信号进行分光，其光谱反射和透过特性可根据测量要求进行选择设计，使对应频谱区域的光谱信号分别进入第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44，于采集工作波长激光和紫外激光照射样品后产生的光谱变化信息，包括谱线分布和强度。
待测量的样品7为光学材料或者光学器件，样品7直接置于样品台6上，样品台6具备三维高速平移能力及高精度重复定位能力，其位移分辨率优于10μm，位移重复定位精度优于10μm，测量过程中通过样品台的移动选择样品7的测试区域；样品台具备标记功能，能够将采集到的图像及光谱信息精确对应到样品7上的相应区域，或者直接在样品7上进行信息标记。
进行激光损伤分析测试前，调整样品台6，对样品7进行紫外激光扫描分析，根据光学成像信息和光谱信息对样品7的光学品质做出综合评价，并与相关坐标信息关联，为激光损伤分析测试区域的选择提供判据及便于后续过程的比对。
所述侧面光学成像模块41用于进行光学图像分析，包括不同放大倍率的光学镜头及成像探测器，其中光学镜头根据测量要求可以工作在紫外光谱区域、可见光谱区域及近红外光谱区域，光学镜头前可放置可调光阑和/或可更换的滤光器件，所述可调光阑用以控制入射光信号强度、抑制杂散光及调整成像景深，所述滤光器件用于控制进入侧面光学成像模块的信号光的频谱范围和信号强度，包括但不限于窄带滤波片、带通滤光片、偏振光学器件和光衰减片；成像探测器具备高分辨率光学成像能力，为黑白成像探测器或彩色成像探测器，采集到的图像信息及相关光学器件参数将综合传送至信息处理***。
所述光谱分析探测器用于进行光谱分析，包括但不限于信号光光谱分布分析、特征光谱强度分析、特征光谱成像分析。
光谱分析探测器可以由但不限于第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44组成，也可以仅有第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44中的任意一个，从第二45°反射镜反射过来的光谱信号由第三45°反射镜32和第四45°反射镜33分光后进入第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44，所述第三45°反射镜32和第四45°反射镜33可根据光谱分析的要求进行更换，可以为固定分光比的分光镜，或者带通滤光片，或者窄带滤波片；所述第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44根据光信号的需要可以选用但不限于光学成像CCD探测器、硅光光电探测器和光电倍增管，在探测器前设置有但不限于光学滤光器24、25、26和可调光阑，光学滤光器24、25、26分别用于控制进入第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44的信号光的频谱范围和信号强度，包括但不限于窄带滤波片、带通滤光片、偏振光学器件和光衰减片，可调光阑用以控制入射光信号强度、抑制杂散光及调整成像景深。
光谱分析探测器采集的光谱信息及使用的光学元件参数信息将与侧面光学成像模块产生的数据同步传输至信号处理***。
所述信息处理***包括控制部分、信息处理部分和数据库部分，
所述信息处理***能够同步控制光源模块、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器，并同步采集它们获取的信息进行综合分析处理。
所述的信息处理***包含有相关数据库，数据库信息包括仪器相关参数及操作规程、标准光谱及图像信息、标准样品分析测试结果信息、样品分析测试信息及综合分析结果信息。
信息处理***还具有数据库，能够借助数据库信息进行光谱和图像的比对，分析测量过程中的信号差异。
进一步的，在样品7的激光出射端，即样品的光轴路径上的另外一侧，设置有光学监控探测器45，所述光学监控探测器45包括不同放大倍率的光学镜头及探测器，其前方放置有第七光学滤光器27，其光谱响应范围从紫外激光频率到近红外光区域，用于探测激光能量、激光散射、非线性光学信号，以确定样品7在激光照射下的各种变化。
所述光学监控探测器45可以为图像采集探测器，也可以是由多个光电探测装置构成，比如说PIN——探测激光宽度，功率计——能量监控，光束分析仪——光束质量，能够对光轴上的光束进行探测，例如，当工作波长激光为1064nm激光沿晶体的相位匹配方向传播，该探测器还可专用于532nm激光探测，测量激光的倍频转换效率以及光束质量，作为损伤的评判依据。
光学镜头前可放置可调光阑及可更换的滤光器件，可调光阑用以控制入射光信号强度、抑制杂散光及调整成像景深，滤光器件用于控制进入侧面光学成像模块的信号光的频谱范围和信号强度，包括窄带滤波片、带通滤光片、偏振光学器件和光衰减片中的一个或多个，成像探测器具备高分辨率光学成像能力，采集到的图像信息及相关光学器件参数将综合传送至信息处理***。
进一步的，本发明的光学分析仪器的典型工作流程如下：
1）仪器自校准；
2）紫外激光扫描样品；
3）激光损伤测试；
4）样品损伤后评估分析；
5）测试结果输出。
采用如下实施例说明本发明的样品光损伤测量的过程，但本领域技术人员知道，本发明不以此为限，能够进行其它的变形和选择：
实施例1：一种典型的光学玻璃材料。
1）仪器自校准：仪器启动，预热一定时间后进行光谱、光束质量和光强检定，以及仪器光学元件和电气设备的检定。
A、探测器校准：根据探测器的校准程序进行自检测，使各探测设备处于正常工作状态，包括工作波长激光探测器40、侧面光学成像模块41、第一光谱探测器42、第二光谱探测器43、第三光谱探测器44和光学监控探测器45；
B、光学元件参数的确认及检定：根据测试制定的手册对全***的各个光学元件进行确认及相关参数的检定，包括但不限于各个光学滤光器20~27、第一45°反射镜30、第二45°反射镜31、第三45°反射镜32、第四45°反射镜33、光学偏振器50和光学整形透镜组51；
C、工作波长激光检定：工作波长激光器10预热一定时间后进行状态检测，紫外激光器11无激光输出，通过工作波长激光探测器40和光学监控探测器45共同检测工作波长激光的光束质量、单脉冲能量、脉冲宽度、偏振状态、波长以及能量波动等信息，确定第一45°反射镜30的分光比在工作区域的稳定性。
D、紫外激光检定：紫外激光器11预热一定时间后进行状态检测，工作波长激光器10无输出，通过光学监控探测器45检测紫外激光的光束质量、光强及能量波动等信息
E、激光同轴分析：工作波长激光器10和紫外激光器11同时输出激光，检视两者在第一45°反射镜30之后的同轴性、光束发散程度及预计的焦点位置；
F、标样检定：在样品台6上放置设定的标准样品，检视侧面光学成像模块41的成像探测工作状态；检视第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44组成的光谱分析探测器的光谱检测能力；检视光学监控探测器45对紫外激光散射分析能力。
G、样品台检定：根据制定的手册对样品台6进行检定，包括样品台坐标系建立、位移控制及精度和重复定位精度等参数指标。
上述各流程中采集的信息传输至信息处理***，完成自校准过程，相关数据可为后续流程调用。
2）测量样品加工：根据制定的手册加工测试样品，主要指标包括样品的光学通光面尺寸、样品长度，且样品需要在侧面加工出一个光学面作为侧面光学成像模块和光谱分析探测器的窗口，各光学面的加工参数需要达到测量标准要求。
3）紫外激光扫描样品：满足测试手册要求的样品7放置在样品台6上固定，建立相应的样品坐标，便于精确控制样品进行激光损伤测试的区域以及随后损伤分析的定位。以平均功率>1mW的266nm紫外激光作为紫外激光光源，光束为近圆光斑，光斑直径小于1mm，通过样品台6的移动对测量样品7进行扫描，根据侧面光学成像模块41、光学监控探测器45、第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44的采集的光学信息分析样品各区域的光学均匀性、受激发射光谱信号、光致效应情况及程度等，相关信息进入信息处理***。
4）激光损伤测试：
A、测试区域选择：根据紫外激光扫描样品的结果选择进行激光损伤测试的区域。以光学石英玻璃作为测量样品，按照测量样品加工要求进行加工，如光学通光面为20mm×20mm、厚度2mm的片状样品，在该样品中存在无气泡且羟基含量极少的区域、气泡较多且羟基含量极少的区域、无气泡但羟基含量较高的区域、气泡较多且羟基含量较高的区域，通过紫外激光扫描得到的激光散射信息和光谱信息可以标定出来，分别进行光学损伤测试。
B、单一工作波长激光损伤测试：根据激光损伤测试标准，调整工作波长激光的各项参数，对选定区域进行激光损伤测试，根据侧面光学成像模块41、光学监控探测器45、第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44的采集的光学信息对样品状态进行实时监控，精确判断样品的损伤区域和损伤发生的时间，采集的信息同步传输到信息处理***。
C、紫外激光伴随下的工作波长激光损伤测试：根据激光损伤测试标准，调整工作波长激光的各项参数，对选定区域进行激光损伤测试，在测试过程中，紫外激光全程照射测量样品7的同一区域，根据侧面光学成像模块41、光学监控探测器45、第一光谱探测器42、第二光谱探测器43和第三光谱探测器44的采集的光学信息对样品状态进行实时监控，精确判断样品的损伤区域和损伤发生的时间，采集的信息同步传输到信息处理***。
上述过程B和C可以选择其中一个，也可进行两者的测量结果比较。
5）样品损伤后评估分析：该步骤是伴随激光损伤测试进行的，一旦激光造成样品损伤，既能同步对样品进行损伤分析，包括损伤产生的瞬间、损伤的区域、相应的散射程度和光谱变化等等，采集的各项信息进入信息处理***，可以初步给出分析判断结果，也可作为之后分析的依据。
6）测试结果输出：依照数据库的比对给出测试结果，并进行存储，按照流程给出测量样品的整体评价。
实施例2：
KTP晶体，使用1064nm脉冲激光作为工作波长激光，355nm激光作为紫外激光光源。
1）仪器自校准：同前述；
2）测量样品加工：KTP晶体按照1064nm的相位匹配方向加工出通光截面5mm×5mm、长度10mm的样品，其它根据测试手册中对样品的要求进行；
3）紫外激光扫描样品：同前述，根据散射、光谱等信号对KTP晶体划分测试区域的等级；
4）激光损伤测试：同前述，在光学信号分析中，除了前述的各项信号采集外，还要求光学监控探测器45能对晶体的非线性光学信号进行采集，监控晶体非线性转换效率的变化情况；
5）样品损伤后评估分析：同前述；
6）测试结果输出：同前述。
本发明具有如下优点：
1）在激光损伤分析测试中工作波长激光结合紫外激光进行分析测试，通过原位的高分辨光学图像分析和相关光学信号分析，能够精确确定激光损伤区域并掌握激光破坏过程，进而综合分析激光损伤类型及成因。
2）通过紫外激光在损伤前的检测，能够更有针对性地选择样品损伤测试区域，提高测试的一致性及测量结果的准确性。
3）紫外激光的原位分析，使得激光损伤分析测试更有针对性，可以完成特定类型、区域对象的快速而准确的测试。
4）智能化分析测试技术结合数据库可以自动高效、准确完成激光损伤测试实验。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (10)
1.一种激光损伤分析测量仪器，其特征在于，包括如下部件：
光源模块、样品台、侧面光学成像模块和光谱分析探测器；
所述光源模块包括工作波长激光光源和紫外激光光源；
所述工作波长激光光源，用于发射工作波长激光照射样品，进行样品损伤测试，所述的工作波长激光光源为高峰值功率的脉冲激光，其工作波长、脉冲宽度、峰值功率、单脉冲能量和/或重复频率根据测试要求进行选择；
所述紫外激光光源，发射波长在200~360nm之间的用于光谱分析的紫外激光；
所述工作波长激光光源发出的所述工作波长激光和所述紫外激光经过反射镜后与工作波长激光保持同轴传播；
所述工作波长激光探测器，用于实时测量工作波长激光的能量、脉冲宽度和光束分布，以确保损伤测试的精确度；
所述样品台，用于承载样品，并且能够在三维方向上移动，以选择激光损伤分析测试区域；
所述光学监控探测器，位于样品的光轴路径上的另外一侧，用于采集激光照射区域的图像信息，并传输至信息处理***，进行光学图像分析；
所述侧面光学成像模块，位于所述样品的侧面，并能够在一定维度上进行移动，以便控制该成像模块的成像区域，其具有光学变倍放大能力，用于从样品侧面采集激光通过样品的光路上的光散射及光谱信息，并传输至信息处理***，进行光学图像分析；
所述光谱分析探测器，位于所述样品的侧面，包括至少一个光谱探测器，用于采集工作波长激光和紫外激光照射样品后产生的光谱变化信息，包括谱线分布和强度。
2.根据权利要求1所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
还具有第一45°反射镜，位于工作波长激光和紫外激光的光路交叉点，用于将所述工作波长激光和所述紫外激光合束至同轴，并入射至样品，并将所述工作波长激光的一部分反射至所述工作波长激光探测器上；
第二45°反射镜，位于所述样品的侧面，在所述样品和所述侧面光学成像模块之间，对工作波长激光和紫外激光照射样品时产生的侧向发射的光信号进行分光，其中一部分光学信号直接通过第二45°反射镜进入所述侧面光学成像模块，其余部分由第二45°反射镜反射进入光谱分析探测器，第二45°反射镜可根据测试要求选择合适的分光比。
3.根据权利要求2所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
还包括：
信息处理***用于控制光源模块、样品台、光学成像模块和光谱分析探测器，并采集它们获取的信息与数据库内部信息进行同步处理、对比分析。
4.根据权利要求2所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
在样品的激光出射端，即样品的光轴路径上的另外一侧，设置有光学监控探测器，所述光学监控探测器包括不同放大倍率的光学镜头及探测器，其前方放置有光学滤光器，其光谱响应范围从紫外激光频率到近红外光区域，用于探测激光能量、激光散射、非线性光学信号，以确定样品在激光照射下的各种变化。
5.根据权利要求2所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
所述工作波长激光光源，在其与第一45°反射镜之间还具有光学滤光器、光学偏振器、波片，光学整形透镜和可调光阑中的一个或多个，其中，该光学滤光器用于过滤工作波长激光之外的光，光学偏振器和波片用于控制工作波长激光的偏振状态，光学整形透镜用于对工作波长激光进行整形以控制激光光束的传输质量、能量分布及焦点位置，可调光阑用于抑制杂散光、控制传输的工作波长激光的光束形状；
所述紫外激光光源，在其与第一45°反射镜之间，还包括光开关、第二光学滤光器、光学整形透镜组和可调光阑中的一个或多个，其中，光开关用于控制紫外激光的输出，该光学滤光器用于过滤紫外激光之外的光并调节紫外激光强度，光学整形透镜组用于紫外激光整形以控制激光光束的传输质量、能量分布及焦点位置，可调光阑用于抑制杂散光、控制传输的激光的光束形状。
6.根据权利要求2所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
所述紫外激光的平均功率大于1mW,紫外激光的光束大小与工作波长激光接近。
7.根据权利要求2所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
第一45°反射镜在45°放置时对基频激光的透过率大于95%，对紫外激光的反射率>80%，基频激光和紫外激光经过第一45°反射镜后同轴同向传播；
第二45°反射镜根据测试要求选择合适的分光比。
8.根据权利要求2所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
所述样品台用于承载测量使用的光学样品，根据测试需要在不同方向上移动，位移分辨率优于10μm，位移重复定位精度优于10μm。
9.根据权利要求2所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
所述侧面光学成像模块用于进行光学图像分析，包括不同放大倍率的光学镜头及成像探测器，并通过位移精确控制成像区域；所述侧面光学成像模块使用辅助光学器件来满足采集激光照射区域图像信息的要求，所述辅助光学器件包括光学衰减片、滤光片、光学偏振器件和可调光阑；
所述光谱分析探测器为单个探测器或多个探测器，所述探测器包括光学成像CCD探测器、硅光光电探测器和光电倍增管；
所述的光谱分析探测器的每个探测窗口前设置有辅助光学器件，所述辅助光学器件包括光学衰减片、滤光片、光学偏振器件和可调光阑。
10.根据权利要求3所述的激光损伤分析测量仪器，其特征在于，
所述信息处理***能够同步控制所述光源模块、所述样品台、所述侧面光学成像模块和光谱分析探测器，并同步采集它们获取的信息进行综合分析处理；
所述数据库包括光谱信息、图像信息、能量信息，所述信息处理***能够进行损伤区域定位、损伤类型区分，并结合数据库信息展开损伤成因分析。
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