结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置和测量方法制造方法及图纸

一种结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置，包括飞秒激光器、OPA装置、镀膜全反镜Ⅱ、光阑Ⅰ、光阑Ⅱ、安装在电动旋转台上的格兰泰勒棱镜Ⅰ、格兰泰勒棱镜Ⅱ、镀膜全反射镜、照明光源、分束镜Ⅰ、镀膜全反射镜Ⅳ、分束镜Ⅱ、聚焦透镜Ⅰ、能量计Ⅰ、聚焦物镜、收集物镜、分束镜Ⅲ、聚焦透镜Ⅱ、能量计Ⅱ、CCD和计算机。本发明专利技术实现样品宽谱光限幅特性测量，且可以观察到光限幅样品表面形貌，入射激光的光斑尺寸以及激光照射后的样品损伤情况，具有自动测量，调节灵活方便，测试动态范围宽，响应速度高效灵敏的特点。

Device and method for measuring optical limiting performance of multi wavelength sample by combining microscopic imaging

A measuring device performance of a multi wavelength sample with microscopic imaging optical limiting, including femtosecond laser, OPA device, coating mirror aperture diaphragm I, II, II, installed in the electric rotary table of the Glan Taylor prism of Glan Taylor prism II, coating reflector, light source, beam splitter I, coated mirror IV, beam splitter, lens I and II energy meter I, focusing lens, collecting lens, beam splitter, lens II, III, II CCD energy meter and computer. Samples with wide spectrum optical limiting properties of the measurement, and can be observed in optical limiting the sample surface morphology, laser spot size and laser irradiation of the sample after the injury, with automatic measurement, flexible and convenient adjustment test, wide dynamic range, high response speed sensitive.

【技术实现步骤摘要】
结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置和测量方法
本专利技术属于光限幅性能测量领域，具体涉及一种多波长测量样品光限幅性能并兼具显微成像功能的测量装置及方法。
技术介绍
随着激光在各领域的使用越来越广泛，激光已经融入人们的生活中的方方面面，人们逐渐发现，这种具有高强度特点的光源能够轻易损伤光学器件，尤其是人类的眼睛。因此，防止激光的伤害已经不仅仅是一个科学任务，同时也是一个社会的公共安全问题。对于各类光限幅材料的制备一直是科学家们的研究热点，同时对于具有光限幅性能材料的测量系统也在不断的改进与发展当中。其中Z扫描方法作为测量材料非线性性能的手段(MansoorSheik-Bahae,AliA.Said,Tai-HuiWei,DavidJ.Hagan,E.W.VanStryland.“Sensitivemeasurementofopticalnonlinearitiesusingasinglebeam”,IEEEJ.QuantumElect,26,760-769(1990))，其光路简单，灵敏度比较高，是目前测量材料光限幅性能的主要方法。同时，Taheri等人在1996年提出一种强度扫描的方法(BahmanTaheri,HuiminLiu,B.Jassemnejad,D.Appling,RichardC.Powell,andJ.J.Song.“IntensityscanandtwophotonabsorptionandnonlinearrefractionofC60intoluene”，AppliedPhysicsLetters68,1317(1996)),该方法通过直接改变入射激光能量，直接得到材料对于不同入射能量的光限幅响应，测量方法简单，精度较高，单次测量时间短，目前也被作为光限幅测量方法广泛使用。Z扫描技术测量装置简单，测量精度较高，但对待测量样品要求较高，需保证材料表面较为均匀，样品需为透明或半透明材料。同时由于测量过程中光斑尺寸一直变化，无法测量微小尺度下的材料光限幅性能。并且传统测量方式由于光源限制，只能实现单个或某几个波长测量，更换波长过程较为繁琐，需重新调整光路。(参见专利申请号：CN201210487216，公开号：CN102937573A)，该专利使用Z扫描技术进行光限幅测量，使用两个波长作为激发光源，仅仅可以探测部分在该波段范围内有响应的光限幅样品，并且无法测量微观样品所具有的光限幅性能。在测量结束后无法观察到样品表面发生的微小损伤，不利于对材料本身具有的光限幅性能进行更精确的评估。因此，必须对现有的测量技术进行改进，本专利技术提出一种可实现多波长测量，同时兼具对微观样品测试及样品损伤阈值探究的新型光限幅测量装置和测量方法。
技术实现思路
鉴于以上方法的缺点和不足，本专利技术提供了一种结合显微成像的多波长测试光限幅性能的系统和测量方法，可测量样品在多波长激光下的光限幅性能，并在该系统中加入了显微成像功能，使得该系统可测量宏观和微观各类尺寸样品的光限幅性能，并可观测激光对样品造成的损伤。OPA(opticalparametricamplification光学参量放大)装置使得入射激光波长连续可调，简化了光限幅测量过程中更换激光源所需要的光路调整环节，测量得到的样品宽谱限幅性能曲线。系统中加入的显微成像部分，不仅可以弥补传统光限幅测量系统无法测量微观样品的不足，并且可在测量的同时观察到激光光斑，直接得到光斑尺寸大小，从而更精确地计算出入射激光的能量密度。同时利用显微成像装置对比测试前与测试后的样品形貌改变，从而更好的判断样品的光限幅性能阈值。该系统具有适用工作波段宽，响应速度快，测量精度高，测量过程方便的优点。本专利技术的技术解决方案如下：一种结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置，包括飞秒激光器、OPA装置、镀膜全反镜Ⅱ、光阑Ⅰ、光阑Ⅱ、安装在电动旋转台上的格兰泰勒棱镜Ⅰ、格兰泰勒棱镜Ⅱ、镀膜全反射镜、照明光源、分束镜Ⅰ、镀膜全反射镜Ⅳ、分束镜Ⅱ、聚焦透镜Ⅰ、能量计Ⅰ、聚焦物镜、收集物镜、分束镜Ⅲ、聚焦透镜Ⅱ、能量计Ⅱ、CCD和计算机；沿所述的飞秒激光器的出射光方向依次放置有所述的OPA装置、光阑Ⅰ、光阑Ⅱ、格兰泰勒棱镜Ⅰ、格兰泰勒棱镜Ⅱ、镀膜全反射镜、照明光源和分束镜Ⅰ，沿该分束镜Ⅰ的透射光路依次放置有所述的镀膜全反射镜Ⅳ和分束镜Ⅱ，沿该分束镜Ⅱ的透射光路依次放置有聚焦物镜、样品、收集物镜和分束镜Ⅲ，沿该分束镜Ⅱ的反射光路依次放置所述的聚焦透镜Ⅰ和能量计Ⅰ，沿所述的分束镜Ⅲ的透射光路放置所述的CCD，沿该分束镜Ⅲ的反射光路依次放置有所述的聚焦透镜Ⅱ和能量计Ⅱ，所述的照明光源的出射光以45°角入射至所述的分束镜Ⅰ；所述的飞秒激光器、电动旋转台分别经控制器连接至计算机，所述的OPA装置和照明光源分别与计算机相连，所述的能量计Ⅰ和能量计Ⅱ分别经表头连接至计算机。进一步，还包括纳秒激光器、镀膜全反镜Ⅰ和翻折连接架，所述的镀膜全反镜Ⅱ安装在该翻折连接架上。使用纳秒激光器作为光源时，装有翻折连接架的镀膜全反镜Ⅱ同时使用；在使用飞秒激光器作为光源时，将装有翻折连接架的镀膜全反镜Ⅱ翻折下去，避免阻挡光路。进一步，入射激光在通过各光学元件时均为正入射，且各光学元件间光路共轴。所述的样品位于所述的聚焦物镜和收集物镜构成的准直系统的共同焦面处。利用所述的结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置的测量方法，包括如下步骤：步骤①打开飞秒激光器，利用计算机将飞秒激光器的重复频率设置为f，出射光单脉冲能量设置为e，利用OPA装置将出射激光波长设置为λ；利用计算机对电动旋转台，能量计Ⅰ和能量计Ⅱ进行初始化，设置电动旋转台旋转过程中初始角度α和终止角度β，每次旋转的角度θ以及相邻两次旋转之间等待时间t，设置能量计Ⅰ和能量计Ⅱ单次读取能量值为n个脉冲能量的平均；步骤②将待测样品放置于聚焦物镜和收集物镜焦面位置处，打开照明光源和CCD，观察样品尺寸和样品形貌；然后关闭照明光源进行样品光限幅性能测量；步骤③单波长测量结束后，利用OPA装置更换出射激光波长λ重复上述测量过程，对所得测量数据进行处理，得到不同出射波长λ下样品光限幅性能曲线。进一步，使用纳秒激光器作为光源时，使用计算机将纳秒激光器重复频率设置为F，出射光单脉冲能量设置为E，出射激光波长为1064nm或532nm。激发光波长设置部分：本专利技术采用两种不同激光器作为泵浦激光。其中纳秒激光器波长为532nm或1064nm，脉宽为6ns，重复频率为1-15HZ连续可调，单脉冲能量为0-20mJ。飞秒激光器光源波长为1040nm，脉宽为340fs，重复频率为1-100KHz连续可调，单脉冲能量为0-40uJ，其中最利于OPA装置工作的能量为36uJ，将该激发光源引入OPA装置，OPA装置通过控制器连接至计算机，由设置软件可直接输入所需使用的激发光波长。激发光能量改变部分：输出的激发光经过光阑Ⅰ，传播50cm后经过光阑Ⅱ，光阑Ⅰ和光阑Ⅱ用于激光光路的准直。通过光阑Ⅱ后将激发光正入射至装有格兰泰勒棱镜Ⅰ的电动旋转台Ⅰ，电动旋转台的初始角度，转动角度，旋转速度，旋转加速度，两次旋转间的等待时间这些参数均由软件设置。入射激光为一偏振方向固定的线偏振光，初始光强为I0，格本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置，其特征是：包括飞秒激光器(1)、OPA装置(2)、镀膜全反镜Ⅱ(5)、光阑Ⅰ(6)、光阑Ⅱ(7)、安装在电动旋转台(9)上的格兰泰勒棱镜Ⅰ(8)、格兰泰勒棱镜Ⅱ(10)、镀膜全反射镜(11)、照明光源(12)、分束镜Ⅰ(13)、镀膜全反射镜Ⅳ(14)、分束镜Ⅱ(15)、聚焦透镜Ⅰ(16)、能量计Ⅰ(17)、聚焦物镜(18)、收集物镜(20)、分束镜Ⅲ(21)、聚焦透镜Ⅱ(22)、能量计Ⅱ(23)、CCD(24)和计算机(25)；沿所述的飞秒激光器(1)的出射光方向依次放置有所述的OPA装置(2)、光阑Ⅰ(6)、光阑Ⅱ(7)、格兰泰勒棱镜Ⅰ(8)、格兰泰勒棱镜Ⅱ(10)、镀膜全反射镜(11)、照明光源(12)和分束镜Ⅰ(13)，沿该分束镜Ⅰ(13)的透射光路依次放置有所述的镀膜全反射镜Ⅳ(14)和分束镜Ⅱ(15)，沿该分束镜Ⅱ(15)的透射光路依次放置有聚焦物镜(18)、样品(19)、收集物镜(20)和分束镜Ⅲ(21)，沿该分束镜Ⅱ(15)的反射光路依次放置所述的聚焦透镜Ⅰ(16)和能量计Ⅰ(17)，沿所述的分束镜Ⅲ(21)的透射光路放置所述的CCD(24)，沿该分束镜Ⅲ(21)的反射光路依次放置有所述的聚焦透镜Ⅱ(22)和能量计Ⅱ(23)，所述的照明光源(12)的出射光以45°角入射至所述的分束镜Ⅰ(13)；所述的飞秒激光器(1)和电动旋转台(6)分别经控制器连接至计算机(25)，所述的OPA装置(2)和照明光源(12)分别与计算机(25)相连，所述的能量计Ⅰ(17)和能量计Ⅱ(23)分别经表头连接至计算机(25)。...

【技术特征摘要】
1.一种结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置，其特征是：包括飞秒激光器(1)、OPA装置(2)、镀膜全反镜Ⅱ(5)、光阑Ⅰ(6)、光阑Ⅱ(7)、安装在电动旋转台(9)上的格兰泰勒棱镜Ⅰ(8)、格兰泰勒棱镜Ⅱ(10)、镀膜全反射镜(11)、照明光源(12)、分束镜Ⅰ(13)、镀膜全反射镜Ⅳ(14)、分束镜Ⅱ(15)、聚焦透镜Ⅰ(16)、能量计Ⅰ(17)、聚焦物镜(18)、收集物镜(20)、分束镜Ⅲ(21)、聚焦透镜Ⅱ(22)、能量计Ⅱ(23)、CCD(24)和计算机(25)；沿所述的飞秒激光器(1)的出射光方向依次放置有所述的OPA装置(2)、光阑Ⅰ(6)、光阑Ⅱ(7)、格兰泰勒棱镜Ⅰ(8)、格兰泰勒棱镜Ⅱ(10)、镀膜全反射镜(11)、照明光源(12)和分束镜Ⅰ(13)，沿该分束镜Ⅰ(13)的透射光路依次放置有所述的镀膜全反射镜Ⅳ(14)和分束镜Ⅱ(15)，沿该分束镜Ⅱ(15)的透射光路依次放置有聚焦物镜(18)、样品(19)、收集物镜(20)和分束镜Ⅲ(21)，沿该分束镜Ⅱ(15)的反射光路依次放置所述的聚焦透镜Ⅰ(16)和能量计Ⅰ(17)，沿所述的分束镜Ⅲ(21)的透射光路放置所述的CCD(24)，沿该分束镜Ⅲ(21)的反射光路依次放置有所述的聚焦透镜Ⅱ(22)和能量计Ⅱ(23)，所述的照明光源(12)的出射光以45°角入射至所述的分束镜Ⅰ(13)；所述的飞秒激光器(1)和电动旋转台(6)分别经控制器连接至计算机(25)，所述的OPA装置(2)和照明光源(12)分别与计算机(25)相连，所述的能量计Ⅰ(17)和能量计Ⅱ(23)分别经表头连接至计算机(25)。2.根据权利要求1所述的结合显微成像的多波长样品光限幅性能的测量装置，其特征是：还包括纳秒激光器(3)、镀膜全反镜Ⅰ(4)和翻折连接架，所述的镀膜全反镜Ⅱ(5)安装在该翻折连接架上。3.根据权利要求2所述的结合显...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，王磊，张赛锋，李源鑫，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31