一种大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置及方法，包括：线形光束产生模块、成像模块、运动模块和数据采集处理模块。所述的线形光束产生模块包含激光器、传输光纤、准直透镜、半波片和弧顶圆形棱镜，用于产生高质量线条光束；所述的成像模块包含成像透镜组、转接环和线阵CCD，用于对光栅表面一维竖直成像；所述的运动模块包含转接板和电动导轨，用于控制密闭箱体匀速移动，对光栅表面执行一维水平扫描；所述的数据采集处理模块包含线阵CCD、采集卡和控制电脑，用于对扫描得到的光栅图像进行数据采集拼接并处理。本发明专利技术利用损伤处的散射光成像，可实现任意长度大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测。损伤在线检测。损伤在线检测。
【技术实现步骤摘要】
大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置及方法
[0001]本专利技术涉及光学元件损伤检测，特别是一种基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置及方法。
技术介绍
[0002]高功率超短脉冲激光终端光学系统输出脉冲的脉宽、能量对大口径压缩光栅的损伤阈值要求苛刻。大口径压缩光栅的损伤阈值是固体激光元件中较低的一种，即便采用损伤阈值相对较高的多层介质膜光栅，也非常容易形成激光诱导损伤。大口径光栅的输出能力已经成为限制超短超强激光系统能量输出水平的瓶颈。且其外形尺寸达数百毫米甚至米量级。大口径光栅一旦发生损伤，不仅会降低系统输出能量和光束质量，更为严重的是，有可能引起下游光学元件的损伤。因此对大口径光栅表面激光诱导损伤实施在线检测非常必要。
[0003]目前，国内仍多采用传统目视法或面阵成像法来检测光栅损伤情况。传统目视法依赖检测人员的主观经验判断，无法准确量化；面阵成像法需首先将光源准直成大口径平行光，照亮整个光栅表面，再利用相机加成像镜头成像。该方法受限于两个方面：一是光源需准直成平行光使用，否则无法避开光栅衍射光，衍射光将会进入成像系统混淆散射光成像，而且光栅口径一般较大，为得到足够口径的平行光，系统大而笨重，二是受限于面阵CCD的靶面尺寸及低采样频率，系统需拼接成像，效率较低。也可利用光栅衍射光自准直原理成像，但因光栅以特定的使用角度倾斜放置，若超出成像系统的景深范围，则图像的分辨率会较低从而导致无法细致分辨损伤形貌。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了弥补先前技术上的不足，实现对大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置，该装置包含线形光束产生模块、成像模块、运动模块和数据采集处理模块。所述的线形光束产生模块和成像模块位于密闭箱体内，所述的密闭箱体位于运动模块上，所述的箱体通过转接板与电动导轨相连接。
[0007]所述的线形光束产生模块包含激光器、传输光纤、准直透镜、半波片和弧顶圆形棱镜，所述的激光器和传输光纤位于箱体外，通过光纤转接件与箱体相连，所述的激光器发出的光经传输光纤进入准直透镜，经准直透镜准直成平行光后进入半波片，使出射光束转变为竖直或水平线偏振光、再经弧顶圆形棱镜展开，在光栅表面形成一线条状光束，在光栅表面的竖直方向上均匀照亮光栅。
[0008]所述的成像模块包含成像透镜组、转接环和线阵CCD。所述的成像透镜组和所述的线阵CCD通过所述的转接环相连接，所述的成像透镜组将所述的光栅表面成像至所述的线
阵CCD的靶面，所述的转接环可实现工作距离微调以确保清晰成像。
[0009]所述的运动模块包含供线形光束产生模块和成像模块放置的转接板以及电动导轨；所述的转接板固定在所述的电动导轨上，通过高精度步进电机控制所述的电动导轨匀速移动，进而带动所述的转接板匀速移动。
[0010]所述的数据采集处理模块包括采集卡和控制电脑，所述的控制电脑通过数据线分别与所述的线阵CCD、所述的采集卡和所述的电动导轨相连，所述的采集卡采集所述的线阵CCD所成的所述的光栅图像并传输至所述的控制电脑，所述的控制电脑通过软件设置所述的电动导轨的移动速度与所述的线阵CCD的行频，使两者匹配。
[0011]一种基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测方法，该方法包括如下步骤：
[0012]步骤1，将电动导轨与光栅置于同一水平面内且与光栅表面法向垂直，转接板连同箱体位于电动导轨一端极限位置处，线形光束产生模块与光栅表面的法向成θ角，此夹角可使光栅达到最佳衍射效率，以减小剩余反射、衍射光影响；
[0013]步骤2，激光器发出的光经传输光纤进入准直透镜，经准直透镜准直成平行光后进入半波片，转动半波片使出射光束转变为竖直或水平线偏振光、再经弧顶圆形棱镜展开，在光栅表面形成一线条状光束，在光栅的竖直方向上均匀照亮光栅；
[0014]步骤3，调整成像模块确保光栅被照亮区域中的部分散射光进入视场并位于线阵CCD靶心，微调转接环以保证线阵CCD及光栅被照亮区域之间距离满足物像共轭条件；
[0015]步骤4，控制电动导轨对光栅的表面匀速扫描，若光栅表面完好无损，则散射光强为0，采集到的图像为黑暗的背景；若光栅表面某点存在激光诱导损伤，损伤点将产生各个方向的散射光，则采集到的图像将存在一定的光强分布，通过数据采集处理模块对采集到的图像进行比对处理，建立光栅损伤点与采集图像的对应关系，实现对光栅表面损伤的判断。
[0016]本专利技术同以前的技术相比，具有以下优点：1)采用暗场线扫描成像方式，分辨率更高且对光栅水平长度无限制，可实现任意长度光栅的损伤检测；2)采用线条光作为扫描光源，降低了对光源的要求，无需较大口径光学元件，可有效减小装置体积；3)采用弧顶圆形棱镜，得到强度均匀的线条光源；4)采用过采样及中值滤波算法有效去除噪声及异常数据，采集数据更为真实有效。
附图说明
[0017]图1是本专利技术具体实施方式所提供的一种基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置的示意图；
[0018]图2是本专利技术装置中采集得到的光栅表面无损伤图像；
[0019]图3是本专利技术装置中采集得到的光栅表面损伤图像。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在
没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]在本专利技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0022]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0023]下面对本专利技术具体实施方式所提供的技术方案进行进一步说明。
[0024]本实施例提供一种基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置，如图1所示，该大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置包括线形光束产生模块、成像模块、运动模块和数本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置，其特征在于，包括线形光束产生模块、成像模块、运动模块和数据采集处理模块；所述的线形光束产生模块和成像模块位于密闭箱体内，所述的密闭箱体位于运动模块上；所述的线形光束产生模块，用于产生线条光束照射到光栅(6)表面，且在光栅(6)表面的竖直方向上均匀照亮，水平方向照亮区域达毫米量级；所述的成像模块，用于对线形光束产生模块所产生的线条光束照亮区域进行一维竖直成像；所述的运动模块，用于控制密闭箱体匀速移动，保证线形光束产生模块在水平方向上匀速依次照亮光栅(6)表面，保证成像模块在水平方向上匀速依次对光栅(6)表面不同区域成像，从而完成对光栅(6)表面的一维水平扫描；所述的数据采集处理模块，用于对扫描得到的光栅图像进行数据采集拼接并处理。2.根据权利要求1所述的基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置，其特征在于，所述的线形光束产生模块包含激光器(1)、传输光纤(2)，和位于密闭箱体内的准直透镜(3)、半波片(4)和弧顶圆形棱镜(5)；所述的激光器(1)发出的光经传输光纤(2)射入准直透镜(3)，经该准直透镜(3)准直成平行光后进入半波片(4)，经半波片(4)使出射光束转变为竖直或水平线偏振光、再经弧顶圆形棱镜(5)展开，在光栅(6)表面形成一线条状光束，即在光栅(6)表面的竖直方向上均匀照亮光栅(6)。3.根据权利要求1所述的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置，其特征在于，所述的成像模块包含位于密闭箱体内的成像透镜组(7)、转接环(8)、和线阵CCD(9)，所述的成像透镜组(7)和所述的线阵CCD(9)通过所述的转接环(8)相连接，所述的成像透镜组(7)将光栅(6)的表面成像至所述的线阵CCD(9)的靶面，所述的转接环(8)可实现工作距离微调以确保清晰成像。4.根据权利要求1所述的基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置，其特征在于，所述的运动模块包含供线形光束产生模块和成像模块放置的转接板(10)以及电动导轨(11)；所述的转接板(10)固定在所述的电动导轨(11)上，通过高精度步进电机控制所述的电动导轨(11)匀速移动，进而带动所述的转接板(10)匀速移动。5.根据权利要求1所述的基于线形光扫描的大口径光栅表面激光诱导损伤在线检测装置，其特征在于，所述的数据采集处...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜卓偲，杨朋千，崔勇，张海青，李红，朱健强，
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：
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