本发明专利技术提供了一种测量材料激光防护阈值的方法及其装置，其中，测量方法是采用透镜进行激发光聚焦，使用能量计/功率计对透射信号、反射信号、散射信号进行收集，使用光束质量分析仪对光斑进行同步成像，可以实现对样品透过率、反射率、散射率的测量，进而得到材料的防护阈值参数。本发明专利技术方法适用于透明、非透明样品的测量。的测量。的测量。
【技术实现步骤摘要】
测量材料防护阈值的方法及其装置
[0001]本专利技术涉及光学测量
，尤其涉及一种测量材料防护阈值的方法及其装置。
技术背景
[0002]现代激光技术的迅速发展使得激光在测距、雷达和通讯等领域得到广泛应用。随之而来，人眼及各种光电探测设备受到的威胁日益增加，其防护需求变得越来越紧迫。发展高性能的激光防护材料，是对这些设备实施防护的一种有效手段。
[0003]材料起始防护阈值、防护阈值和损伤阈值等参数的测量，材料激光防护性能的验证，对于开发高性能的激光防护材料至关重要。测试材料防护阈值的技术手段包括Z扫描技术和强度扫描技术等。
[0004]Z扫描技术采用单光束测量，样品在测试过程中需沿着单光束光轴方向移动.通过Z扫描技术可以获得样品在不同Z点位置即不同光强下与其透过率的关系曲线，也就是Z扫描曲线。通过改变入射激光能量进行多次Z扫描测量，我们就可以得到样品的起始防护阈值、防护阈值和损伤阈值等参数。
[0005]强度扫描技术通过测量入射样品前表面的光脉冲能量E0和透过的能量E
T
，就可以得到样品的透过率T＝E
T
/E0。通过改变入射激光的强度，从而得到样品透过率随入射激光能量的变化曲线，进而得到样品的起始防护阈值、防护阈值和损伤阈值等参数。
[0006]然而，Z扫描技术和强度扫描技术也存在以下缺点。1)测量的是透过率的变化，所以样品必须为透明或半透明样品。2)对样品要求较高，必须是薄样品(厚度小于系统的瑞利长度)，而且样品表面光滑。3)对于微观样品(样品尺寸与激光的束腰半径相当)，Z扫描测量无法实施。其原因是样品在光轴方向上移动时，会造成部分光斑未照射在样品上，从而使得这部分的非线性效应丢失，造成测量不准确。4)激光探测采用的是探测器，在高能激光作用下容易造成损伤。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
[0007]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种测量材料防护阈值的系统及方法，旨在解决现有技术难以实现对透明/非透明样品在高能激光辐照下对防护阈值进行测量的问题。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种测量材料防护阈值的方法，其特点在于，包括步骤：
[0010]基线测量阶段：
[0011]①
构建第一反射光路并探测其能量：
[0012]设置激光器，并沿该激光器的输出光束方向依次设置第一镀膜全反镜、第二镀膜全反镜、第一小孔光阑和第一分光平片；所述的第一分光平片，将入射光分为第一反射光和第一透射光两束光；所述的第一反射光经第三聚焦透镜聚焦后，由所述的第一探测器探测
第一反射光的能量(功率)PD1
基
，并传输至计算机；
[0013]②
构建第一透射光路并探测其能量：
[0014]沿所述的第一透射光的传输方向依次设置第一聚焦透镜60、第二小孔光阑、第二聚焦透镜和第二探测器；所述的第二小孔光阑与所述第一小孔光阑等高，且所述的第二聚焦透镜的焦点和第一聚焦透镜的焦点重合，由所述的第二探测器探测第一透射光的能量(功率)PD2
基
，并传输至计算机；
[0015]③
构建第二反射光路并探测其能量：
[0016]在所述的第一聚焦透镜和第二小孔光阑之间、第一聚焦透镜的焦点处放置待测样品，经该待测样品反射的反射光经第一分光平片50反射后，由第二分光平片53分为第二反射光和第二透射光两束光；将光束质量分析仪替换待测样品，测量样品位置处的光斑面积；
[0017]重新放置样品后，沿所述的第二反射光的传输方向，放置第五聚焦透镜56与光束质量分析仪，且调整二者间距，使所述光束质量分析仪当前光斑面积与样品位置处的光斑面积相同；
[0018]④
构建第二透射光路并探测其能量：
[0019]沿所述第二透射光的传输光路方向设置第四聚焦透镜54和第三探测器55，由所述的第三探测器探测第二透射光的能量(功率)PD3
基
，并传输至计算机；
[0020]⑤
构建散射光路并探测其能量：
[0021]在待测样品预放置位置的侧面，设置第六聚焦透镜71和第四探测器72，由所述的第四探测器探测散射光的能量(功率)PD4
基
，并传输至计算机；
[0022]样品测量阶段：
[0023]⑥
将待测样品放置在样品架上，调节待测样品使其表面与主光路垂直，所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器将探测到的能量(功率)信号输入到所述计算机中，分别记为PD1
样
、PD2
样
、PD3
样
、PD4
样
，所述光束质量分析仪探测到的当前光斑面积输入到所述计算机中，记为A；
[0024]⑦
计算待测样品的透过率T、反射率R和散射率S，公式如下：
[0025][0026]⑧
以测试时间为横坐标，透过率T、反射率R、散射率S和光斑面积A为纵坐标，分别绘制待测样品的透过率曲线、反射率曲线、散射率曲线和光斑面积曲线。
[0027]实施上述测量材料防护阈值的方法的装置，其特点在于，包括激光器、沿所述脉冲激光器的输出光束方向依次设置的第一镀膜全反镜、第二镀膜全反镜、第一小孔光阑和第一分光平片；
[0028]所述的第一分光平片，将入射光分为第一反射光和第一透射光两束光；
[0029]所述的第一反射光经第三聚焦透镜聚焦后，由所述的第一探测器、第一聚焦透镜、待测样品、第二小孔光阑、第二聚焦透镜和第二探测器；沿所述第一分光平片的反射光方向依次设置有第三聚焦透镜和第一探测器，沿所述第一分光平片的反射方向的另一侧设置有第二分光平片、第四透镜和第三探测器；沿所述第二分光平片的反射方向设置有第五透镜和光束质量分析仪；沿所述样品的侧面设置有第六透镜和第四探测器；所述待测样品设置
在五维精密平移台上；还包括与所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器分别电连接的计算机；所述光束质量分析仪与所述计算机电连接。
[0030]优选的，所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器可以扩展为第一能量计/功率计、第二能量计/功率计、第三能量计/功率计和第四能量计/功率计。
[0031]优选的，所述第一镀膜全反镜、第二镀膜全反镜、第一分光平片、第二分光平片与光轴夹角均为45
°
。
[0032]优选的，所述第一分光平片对所述经过第一小孔光阑后激光的透反比为9∶1，所述第二分光平片对所述经过待测样品反射回来的光被第一分光平片反射后激光的透反比为9∶1。
[0033]与现有技术相比，本专利技术有益效果：
[0034]本专利技术通过测量激光经过样品后的透射率、反射率、散射率变化，突破了Z扫描和强度扫描技术只能测量透明、半透明薄样品的限制；该系统实现了自动化控制，具有集成度高、简单、灵敏、快速的特点；该系统采用光束质量本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种测量材料防护阈值的方法，其特征在于，包括步骤：基线测量阶段：
①
构建第一反射光路并探测其能量：设置激光器，并沿该激光器的输出光束方向依次设置第一镀膜全反镜、第二镀膜全反镜、第一小孔光阑和第一分光平片；所述的第一分光平片，将入射光分为第一反射光和第一透射光两束光；所述的第一反射光经第三聚焦透镜聚焦后，由所述的第一探测器探测第一反射光的能量(功率)PD1
基
，并传输至计算机；
②
构建第一透射光路并探测其能量：沿所述的第一透射光的传输方向依次设置第一聚焦透镜60、第二小孔光阑、第二聚焦透镜和第二探测器；所述的第二小孔光阑与所述第一小孔光阑等高，且所述的第二聚焦透镜的焦点和第一聚焦透镜的焦点重合，由所述的第二探测器探测第一透射光的能量(功率)PD2
基
，并传输至计算机；
③
构建第二反射光路并探测其能量：在所述的第一聚焦透镜和第二小孔光阑之间、第一聚焦透镜的焦点处放置待测样品，经该待测样品反射的反射光经第一分光平片50反射后，由第二分光平片53分为第二反射光和第二透射光两束光；将光束质量分析仪替换待测样品，测量样品位置处的光斑面积；重新放置样品后，沿所述的第二反射光的传输方向，放置第五聚焦透镜56与光束质量分析仪，且调整二者间距，使所述光束质量分析仪当前光斑面积与样品位置处的光斑面积相同；
④
构建第二透射光路并探测其能量：沿所述第二透射光的传输光路方向设置第四聚焦透镜54和第三探测器55，由所述的第三探测器探测第二透射光的能量(功率)PD3
基
，并传输至计算机；
⑤
构建散射光路并探测其能量：在待测样品预放置位置的侧面，设置第六聚焦透镜71和第四探测器72，由所述的第四探测器探测散射光的能量(功率)PD4
基
，并传输至计算机；样品测量阶段：
⑥
将待测样品放置在样品架上，调节待测样品使其表面与主光路垂直，所述第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器将探测到的能量(功率)信号输入...
【专利技术属性】
技术研发人员：董宁宁，王梓鑫，王俊，
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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