【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及光学元件的激光损伤与寿命评估领域，尤其涉及一种评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法。
技术介绍
1、激光系统中有高性能要求的光学元件在长期激光辐照下的高稳定性和长寿命是保证激光器系统稳定输出的重要前提，例如空间激光载荷中无法在轨维护替换的激光光学元件，其在复杂空间环境中的无损使用对空间激光器在卫星任务寿命期间的运行至关重要。评估具有高性能要求的激光光学元件的抗激光损伤性能，及验证其在长期激光辐照下的高可靠性和长寿命至关重要。
2、目前常见的评估激光光学元件抗激光损伤性能的测试方法有1-on-1、s-on-1、r-on-1、n-on-1和raster scan，每种激光损伤测试方法各有特点和限制。stolz等人利用几种标准化测试方法评估了不同光学元件的抗激光损伤性能，并通过monte carlo模拟比较、分析了1-on-1、s-on-1和raster scan三种激光损伤测试协议的差异和系统误差，发现不同测试方法对相同光学元件抗激光损伤性能的评估结果相差较大，其中1-on-1和s-on-1过高评估了抗激光损伤性能，阈值结果被高估10.4j/cm2，标准差为±3.5j/cm2；而raster scan得到的平均抗激光损伤能力被低估0.1j/cm2，平均标准差为±1.5j/cm2。arenberg等人利用不同脉冲数的s-on-1测试评估光学元件寿命，并统计汇总了几种常见的激光寿命曲线拟合的经验模型。但光学元件在激光应用下的失效机制是复杂的，单一且不具有任何明确物理含义的经验模型无法贴合所有的实验数
技术实现思路
1、为了解决现有激光损伤测试手段过高评估光学元件抗激光损伤性能的问题，本专利技术提出了一种评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，通过结合光栅扫描方式和s-on-1测试方法，有效评估激光光学元件安全运行通量，全面筛选不受缺陷损伤和累积效应影响的合格样品。
2、本专利技术的技术解决方案如下：
3、一种评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，该方法包括以下步骤：
4、步骤1.确定无损伤激光通量fun：
5、1.1选择样品：在同一批次的激光光学元件中任选一个作为样品1；
6、1.2设置激光参数：根据激光系统的工作激光通量，设置激光光束的初始能量密度f0和每次增加的能量密度fs；当激光系统的工作通量不超过10j/cm2时，初始能量密度f0优先设置1j/cm2，间隔能量密度fs也优先设置1j/cm2；当工作通量更高时，可综合考虑测试时间成本和测试样品性能等，适当选择更高的初始能量密度f0和更大的间隔能量密度fs组合，初始能量密度f0可设置为2或3j/cm2；间隔能量密度fs可设置为2、3、5j/cm2等。
7、1.3逐步扫描测试：使激光光束以初始能量密度f0对样品1上的待测区域进行第一次扫描，每次扫描后，激光光束的能量密度增加fs，继续扫描，直至样品1测试区域内出现损伤；
8、1.4记录与比较：记录测试区域内出现损伤的扫描次数n，并计算第n-1次扫描的激光能量密度f0+(n-2)fs，作为该测试区域的未损伤激光通量；
9、比较样品1上所有测试区域的未损伤激光通量，选择最低的未损伤激光通量作为样品1的无损伤激光通量及该批次激光光学元件的无损伤激光通量fun；
10、步骤2.筛选元件：
11、2.1全口径扫描：利用无损伤激光通量fun作为激光光束的能量密度，对同一批次余下的所有激光光学元件进行n次全口径扫描；
12、2.2损伤判定：在扫描过程中，若激光光学元件出现损伤，则认定该样品不合格，否则，认定该样品合格，即激光光学元件的均匀性合格，并进入步骤3；
13、步骤3.长期稳定性验证：
14、3.1选择样品：从所述步骤2中合格的激光光学元件中任选一件作为样品2；
15、3.2s-on-1测试：对样品2上的多个测试点作不同脉冲数的s-on-1测试，每种脉冲数至少选择多个测试点进行测试，获得该脉冲数下的零概率损伤阈值；
16、3.3统计与拟合：统计不同脉冲数下的零概率损伤阈值，并绘制激光损伤阈值曲线，通过拟合该激光损伤阈值曲线，外推出更大脉冲数下的激光损伤阈值fth；
17、3.4确定安全运行通量fsafe：比较无损伤激光通量fun和激光损伤阈值fth，选择其中低值作为激光光学元件在长期辐照下的安全运行通量fsafe。
18、所述的激光通量和能量密度均为膜面能量密度，即样品测试面激光有效光斑内单位面积的能量。
19、所述的激光光束扫描方式为光栅扫描。
20、所述的激光光束为高斯光束。
21、所述的激光光束扫描要求激光光斑有90％峰值激光通量的重叠。
22、所述的激光光学元件包括玻璃基板、镀膜元件、激光晶体等。
23、步骤1所述的测试区域为1cm2，且在同一样品上至少选取2个区域进行测试。
24、步骤2所述的全口径扫描次数n不少于50次，优先选择100次。
25、步骤3所述的不同脉冲数的s-on-1测试中可更换短焦透镜减小激光光斑面积，以在同一样品上获得更多的测试点数。
26、步骤1、2和3所述的激光光学元件测试条件与该光学元件的工作条件一致，包括激光波长、脉宽、重复频率、激光入射角度、激光偏振态等。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
28、①对激光光学元件的抗激光损伤性能评定更严格，评估结果也更接近实际应用中激光光学元件所反映的抗激光损伤能力。
29、②测试激光光学元件的整个表面，以穷举的方式筛选光学元件中的原生缺陷，并结合损伤累积特性，以有限的脉冲数和较高置信度的外推方法来确定激光光学元件的安全运行通量。
30、③该方法在确定激光光学元件的安全运行通量fsafe之后，可利用安全运行通量fsafe对同一批次的其他激光光学元件直接进行第二步全口径扫描测试，高效筛选合格样品，为后续光学元件在激光系统中的安全应用提供保障。
31、④具有较高适用性，适用于在各种环境中使用的激光光学元件，也适用于不同尺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的2.1全口径扫描是对同一批次余下的所有激光光学元件进行筛选，去除受原生缺陷损伤和累积效应影响的不合格样品。
3.根据权利要求1或2所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的全口径扫描次数n不少于50次，优先选择100次。
4.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光通量和能量密度均为膜面能量密度，即样品测试面激光有效光斑内单位面积的能量。
5.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光光束扫描方式为光栅扫描。
6.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光光束为高斯光束。
7.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光光束扫描
8.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光光学元件包括玻璃基板、镀膜元件、激光晶体等。
9.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，步骤1所述的测试区域为1cm2，且在同一样品上至少选取2个区域进行测试。
10.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，步骤3所述的不同脉冲数的S-on-1测试中可更换短焦透镜减小激光光斑面积，以在同一样品上获得更多的测试点数。
11.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，步骤1、2和3所述的激光光学元件测试条件与该光学元件的工作条件一致，包括激光波长、脉宽、重复频率、激光入射角度、激光偏振态。
...【技术特征摘要】
1.一种评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的2.1全口径扫描是对同一批次余下的所有激光光学元件进行筛选，去除受原生缺陷损伤和累积效应影响的不合格样品。
3.根据权利要求1或2所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的全口径扫描次数n不少于50次，优先选择100次。
4.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光通量和能量密度均为膜面能量密度，即样品测试面激光有效光斑内单位面积的能量。
5.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光光束扫描方式为光栅扫描。
6.根据权利要求1所述的评估激光光学元件安全运行通量和筛选元件的方法，其特征在于，所述的激光光束为高斯光束。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：赵元安，刘徐熠，邵建达，刘晓凤，冯操，张伟丽，王梦霞，
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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