一种激光损伤光学元件过程的记录方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光对光学元件损伤过程的动态记录方法及其装置，可用于激光加工、光学元件的检测、激光与物质相互作用的机理分析等领域。本发明专利技术为：将与辐照激光同轴的He-Ne激光投射于受试光学元件中成像点A；采用表面记录相机和功能记录相机采集点A处的表面成像，并设置第一补光光源和第二补光光源投射光线至A，分别对表面记录相机和功能记录相机的成像进行补光；第二补光光源与光学元件之间的光路上设置分辨率板。采用表面记录相机采集光学元件表面点A处的表面图像进行记录并分析光学元件的形貌损伤程度，采用功能记录相机采集经点A反射的分辨率板图像并分析光学元件的功能损伤程度。本发明专利技术适用于对激光损伤光学元件的过程进行动态记录。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光对光学元件损伤过程的动态记录方法及其装置，可用于激光加工、光学元件的检测、激光与物质相互作用的机理分析等领域。
技术介绍
光学元件通常由基底材料和表面光学薄膜组成，是构成各类光学系统的主要部件。光学元件在强激光辐照下会出现各种不同程度的损伤，目前对该损伤进行检测和记录的方法主要有显微观测、散射光法、光热光声法、扫描电镜法、干涉法、全息探测法、等离子体闪光法等。其中，能够实时检测并记录损伤过程的主要有散射光法和等离子体闪光法。散射光法是将可见的He-Ne激光以一定角度斜入射到辐照激光在光学元件表面的入射点，当该表面在辐照激光作用下发生损伤时，He-Ne激光散射光的能量也将出现变化，因此可以通过He-Ne激光散射光的能量变化来判断激光损伤的发生；等离子体发光法是通过观察光学元件在激光辐照下所产生的等离子体发光现象来判断元件是否损伤。可以看出，上述散射光法与等离子体发光法是通过散射光能量变化或者发光现象进行损伤检测的，因此其并不能以直观的图像来显示整个损伤过程，对损伤机理的分析帮助不大，也不能反映损伤发生的程度。而且，在连续激光或长脉冲激光辐照时，等离子体闪光比较弱，很多时候甚至不能反映损伤的发生。由此，以上现有方法在检测和记录激光对光学元件的损伤方面存在如下主要缺陷：1、无法对光学元件的损伤动态过程进行记录，在高功率或者高能量激光的某些应用，如激光加工、激光损伤等应用中，测试者更加关注的是损伤发生的过程，例如，在一定的到靶功率或能量密度下，光学元件能否发生损伤、损伤的过程、程度和发展速度等。2、对损伤过程中元件功能的变化关注不够，由于光学元件功能的变化对整个光学系统的工作有重要影响，有时用元件功能的变化判断是否存在损伤更加合理。因此对于激光损伤光学元件的检测和记录方法提出了以下新的要求：一是需要可以实时检测并记录损伤发生的动态过程；二是要求可以直观反映损伤发生的程度；三是要求能够反映光学元件受到损伤后功能的变化。而检测并记录光学元件在激光辐照下，形貌和功能的动态变化过程是现有技术所不具备的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种激光损伤光学元件过程的记录方法，能够在激光损伤光学元件时，实现实时检测和记录光学元件在激光辐照下表面形貌的变化，同时能够实现同步记录光学元件在激光辐照下功能发生的变化。为达到上述目的，本方法包括如下步骤：第一步、将辐照激光与He-Ne激光调整至同轴；关闭辐照激光，打开He-Ne激光，将He-Ne激光投射于受试光学元件中表面一点，该点记为激光辐照点A。第二步、采用表面记录相机和功能记录相机聚焦于成像点A，调整表面记录相机的镜头焦距使其对激光辐照点A处的表面成像；同时设置第一补光光源和第二补光光源投射光线至激光辐照点A，分别对表面记录相机和功能记录相机的成像进行补光。第一补光光源的投射光线经激光辐照点A反射至表面记录相机中；第二补光光源的投射光线经激光辐照点A反射至功能记录相机中，在第二补光光源与光学元件之间的光路上设置分辨率板；移动分辨率板的位置，并调节功能记录相机的焦距，使其对经A点反射的分辨率板成像。第三步、关闭He-Ne激光，打开辐照激光，采用表面记录相机对光学元件表面激光辐照点A处的表面图像进行记录，采用功能记录相机对经激光辐照点A反射的分辨率板图像进行记录。第四步、激光辐照结束后，利用表面记录相机所采集的各帧表面图像与标准表面图像进行对比，根据各帧表面图像与标准表面图像之间的表面形貌变化，分析在不同的激光辐照时间下，受试光学元件的形貌损伤程度。标准表面图像为在无辐照激光和He-Ne激光入射的情况下，表面记录相机所采集的A点的表面图像。利用功能记录相机采集各帧分辨率板图像，与标准分辨率板图像进行对比，根据各帧分辨率板图像和标准分辨率板图像间相对位置点以及图形畸变，计算得出其激光辐照过程中图像的位置点的相对偏移量或者灰度变化，并对图形畸变情况进行分析，从而获得受试光学元件的功能在激光照射下的损伤过程以及损伤程度。标准分辨率板图像为在无辐照激光和He-Ne激光入射的情况下，功能记录相机所采集的经A点反射后的分辨率板图像。优选地，若辐照激光为脉冲体制激光，则设置表面记录相机和功能记录相机的帧频均与激光脉冲的频率相同；若辐照激光为连续或者准连续激光，则设置表面记录相机和功能记录相机的帧频相同。优选地，设置表面记录相机和功能记录相机的帧频时，采用同步控制；表面记录相机和功能记录相机均设置外部触发端口，该外部触发端口连接同步控制器；同步控制器的功能为：当辐照激光为脉冲体制激光时，以辐照激光的每一个脉冲触发同步控制器，当辐照激光为连续或者准连续激光时，以设定的的频率触发同步控制器，同步控制器在被触发后，通过外部触发端口同时触发表面记录相机和功能记录相机进行一帧图像的采集。本专利技术同时提供了一种激光损伤光学元件过程的记录装置，基于上述方法，使用该装置能够实现实时检测和记录光学元件在激光辐照下表面形貌的变化，同时能够实现同步记录光学元件在激光辐照下功能发生的变化。为达到上述目的，本装置包括辐照激光发射仪、He-Ne激光发射仪、第一补光光源、第二补光光源、表面记录相机、功能记录相机以及分辨率板。辐照激光发射仪用于将辐照激光投射于受试光学元件表面一点，即激光辐照点A；He-Ne激光发射仪用于将与辐照激光同轴的He-Ne激光投射于受试光学元件中的激光辐照点A；第一补光光源用于投射第一光线至A点；第二补光光源用于投射第二光线至A点；其中第二补光光源与A点之间的光路上设置分辨率板；表面记录相机聚焦于A点，且位于A点对第一光线的反射光路上；功能记录相机聚焦于经A点反射后的分辨率板成像，且位于A点对第二光线的反射光路上。进一步地，该装置还包括同步控制器，表面记录相机和功能记录相机均设置外部触发端口，该外部触发端口连接同步控制器；同步控制的功能为：当辐照激光为脉冲体制激光时，以激光的每一个脉冲触发同步控制器，当辐照激光为连续或者准连续激光时，以设定的频率触发同步控制器，同步控制器在被触发后，通过外部触发端口同时触发表面记录相机和功能记录相机对A点进行一帧图像的采集。有益效果：1、本方法设置了表面记录相机和功能记录相机，并针对表面记录相机和功能记录相机的不同检测功能进行了不同的光路设定，以此来记录光学元件在激光辐照下所发生的表面损伤形貌、功能变化、过程时间演本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光损伤光学元件过程的记录方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步、将辐照激光与He‑Ne激光调整至同轴；关闭辐照激光，打开He‑Ne激光，将He‑Ne激光投射于受试光学元件中表面一点，该点记为激光辐照点A；第二步、采用表面记录相机和功能记录相机聚焦于成像点A，调整表面记录相机的镜头焦距使其对激光辐照点A处的表面成像；同时设置第一补光光源和第二补光光源投射光线至激光辐照点A，分别对表面记录相机和功能记录相机的成像进行补光；所述第一补光光源的投射光线经激光辐照点A反射至表面记录相机中；所述第二补光光源的投射光线经激光辐照点A反射至功能记录相机中，在第二补光光源与光学元件之间的光路上设置分辨率板；移动分辨率板的位置，并调节功能记录相机的焦距，使其对经A点反射的分辨率板成像；第三步、关闭He‑Ne激光，打开辐照激光，采用表面记录相机对光学元件表面激光辐照点A处的表面图像进行记录，采用功能记录相机对经激光辐照点A反射的分辨率板图像进行记录；第四步、激光辐照结束后，利用表面记录相机所采集的各帧表面图像与标准表面图像进行对比，根据各帧表面图像与标准表面图像之间的表面形貌变化，分析在不同的激光辐照时间下，受试光学元件的形貌损伤程度；所述标准表面图像为在无辐照激光和He‑Ne激光入射的情况下，表面记录相机所采集的A点的表面图像；利用功能记录相机采集各帧分辨率板图像，与标准分辨率板图像进行对比，根据各帧分辨率板图像和标准分辨率板图像间相对位置点以及图形畸变，计算得出其激光辐照过程中图像的位置点的相对偏移量或者灰度变化，并对图形畸变情况进行分析，从而获得受试光学元件的功能在激光照射下的损伤过程以及损伤程度；所述标准分辨率板图像为在无辐照激光和He‑Ne激光入射的情况下，功能记录相机所采集的经A点反射后的分辨率板图像。...

【技术特征摘要】
1.一种激光损伤光学元件过程的记录方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、将辐照激光与He-Ne激光调整至同轴；关闭辐照激光，打开He-Ne
激光，将He-Ne激光投射于受试光学元件中表面一点，该点记为激光辐照点A；
第二步、采用表面记录相机和功能记录相机聚焦于成像点A，调整表面记
录相机的镜头焦距使其对激光辐照点A处的表面成像；同时设置第一补光光源
和第二补光光源投射光线至激光辐照点A，分别对表面记录相机和功能记录相
机的成像进行补光；
所述第一补光光源的投射光线经激光辐照点A反射至表面记录相机中；所
述第二补光光源的投射光线经激光辐照点A反射至功能记录相机中，在第二补
光光源与光学元件之间的光路上设置分辨率板；
移动分辨率板的位置，并调节功能记录相机的焦距，使其对经A点反射的
分辨率板成像；
第三步、关闭He-Ne激光，打开辐照激光，采用表面记录相机对光学元件
表面激光辐照点A处的表面图像进行记录，采用功能记录相机对经激光辐照点
A反射的分辨率板图像进行记录；
第四步、激光辐照结束后，利用表面记录相机所采集的各帧表面图像与标
准表面图像进行对比，根据各帧表面图像与标准表面图像之间的表面形貌变化，
分析在不同的激光辐照时间下，受试光学元件的形貌损伤程度；
所述标准表面图像为在无辐照激光和He-Ne激光入射的情况下，表面记录
相机所采集的A点的表面图像；
利用功能记录相机采集各帧分辨率板图像，与标准分辨率板图像进行对比，
根据各帧分辨率板图像和标准分辨率板图像间相对位置点以及图形畸变，计算
得出其激光辐照过程中图像的位置点的相对偏移量或者灰度变化，并对图形畸
变情况进行分析，从而获得受试光学元件的功能在激光照射下的损伤过程以及
损伤程度；
所述标准分辨率板图像为在无辐照激光和He-Ne激光入射的情况下，功能

\t记录相机所采集的经A点反射后的分辨率板图像。
2.如权利要求1所述的一种激光损伤光学元件过程的记录方法，其特征在
于，若所述辐照激光为脉冲体制激光，则设置所述表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘阳，王毕艺，于彦明，
申请(专利权)人：中国人民解放军总参谋部第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11