三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置和装调方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置和装调方法，所述测量装置将三波长激光分离，单独进行能量控制和光束汇聚，再经过与分光系统光程匹配的光束耦合系统确保三波长在时间上同步。利用准直激光、两个通光光阑，三波长光束首先进行初步准直；利用在线显微镜监测各个波长激光对感光相纸的损伤信息，通过激光辐照前后图像的对比分析，计算出不同波长在被测样品上产生的损伤点的中心坐标，以此为参考，先后调节各个波长的光斑位置，直至三波长光斑中心重合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学元件抗激光损伤性能的测试领域，特别是三个波长脉冲激光在时间和空间同步的调整方法，实现不同波长激光共同作用下光学元件损伤阈值的测量。
技术介绍
在强激光应用领域，倍频和三倍频分离元件都是在多波长的共同作用下使用，特别是三倍频分离膜，往往受到三个波长脉冲激光的同时辐照，其光学性能和抗激光损伤特性影响着整个系统的正常运行。因此，研究三波长脉冲激光同时辐照下的抗激光损伤性能、了解三波长激光作用机制和耦合损伤机理是高损伤阈值薄膜研究的重要内容之一。当前，国内外已经对光学元件在单波长作用下的损伤性能展开了深入研究，根据不同的应用需求建立了相应的检测规范和标准，目前正在逐步关注双波长激光同时辐照光学薄膜损伤性能的检测的评价，但国内外还没有关于三波长激光同时作用下光学元件损伤性能研究的相关报道。此外，对于三波长高功率脉冲激光的同步耦合调整也是当前的技术难题，对于Nd:YAG激光器，在基频ω1、倍频ω2和三倍频ω3激光的损伤阈值测量中，为了平衡每个波长的输出能量，三个波长在1/e2处的光斑直径通常为0.25～0.45mm，而为了保证三个波长激光在空间上尽可能的同步，需要将光束90％峰值功率区域重合，以确保各自的峰值功率都能够作用在相同位置，从而实现真正意义上的三波长同时辐照。而光束90％峰值功率处的光斑直径大约为50～100μm，因此要求同轴耦合的调节精度＜50μm，而Nd:YAG脉冲激光光斑位置的不确定度约为20μm，这也显著增加了光束调节的难度。当前，调节多波长同轴耦合的方法通常都是采用CCD相机直接记录每个波长的光斑位置，然后采用步进电机或其它精密调节装置对光斑位置进行微调，以实现多波长光束重合。但由于高功率密度的激光会直接损坏CCD相机，因此需要增加多个高反射元件和中性密度衰减片来衰减激光能量以保护CCD相机。但多个高反射片和中性密度衰减片对不同波长的折射偏移量不同，将元件撤掉后会造成实际的偏离；更为重要的是，不同衰减倍数的衰减片对不同波长的透过率不同，以基频ω1和三倍频ω3为例，能够达到103及以上，迫使不同波长需要不同数量的衰减元件；此外，这种调试环境与真实应用环境存在的差异，都显著增加了测量误差。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术的不足，提供了一种三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置和装调方法，即三波长脉冲激光在时间和空间同步的调整方法。为达到以上目的，本专利技术所采用的解决方案是：一种三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置，其包括：在光路上依次排列的主激光器，用于产生三个不同波长的激光光束；分光系统，用于将三个波长的激光光束分离成三个单个波长的激光光束；-->能量调节系统，用于独立调节每个单个波长的激光光束的能量；电控快门，用于独立控制每个单个波长的激光光束的通过与否；聚焦透镜，用于独立对每个单个波长的激光光束的聚焦；光束耦合系统，用于将单个波长的激光光束进行混合；准直激光和通光光阑，用于对混合后的激光光束初步准直；脉冲宽度检测系统，用于检测每个波长激光光束的脉冲宽度；能量检测系统，用于检测每个波长激光光束的能量；光束质量分析系统，用于检测每个波长激光光束的光束质量；样品监测和夹持系统，用于夹持并检测被测样品被准直后的脉冲激光辐照后产生的损伤点的光斑的信息。进一步，所述主激光器，包括：在光路上依次排列的第一激光器，产生基频激光光束；二分之一波片，改变基频光束线偏振光的振动方向；倍频和三倍频晶体，基频光束经倍频和三倍频晶体后产生倍频和三倍频激光。所述分光系统，包括：在光路上依次排列的倍频激光光束分离单元，从不同波长的激光光束分离出倍频激光光束；三倍频激光光束分离单元，从不同波长的激光光束分离出三倍频激光光束。所述能量调节系统、电控快门、聚焦透镜和光束耦合系统，分别设置于每个单个波长的激光光束的光路上，其中，能量调节系统包括二分之一波片和偏振分光元件。所述光束耦合系统与分光系统的光程相匹配。所述被测样品由电动平移台控制；所述被测样品由在线显微镜实时检测。所述脉冲宽度检测系统采用光电二极管和示波器监控，以检测和判断三个波长的光束在时间上是否同步；所述能量检测系统采用能量计监控；所述光束质量分析系统采用光斑分析仪监控。所述通光光阑是两个。不同波长的光束分别由不同的聚焦透镜组汇聚，改变聚焦透镜组的相对位置，可以任意改变不同波长在测量点的光斑直径，实现在相同能量输出下不同激光波长最大能量密度的调节。利用上述测量装置进行光路调节的方法，包括下列步骤：①将被测样品安放在测量位置，由在线显微镜对准被测样品，采用暗场照明，拍摄图片；②激光辐照后，被测样品产生与光斑信息相对应的损伤点，采用在线显微镜拍摄被测样品损伤后的图片；③通过对激光辐照前后的图片进行比较、处理，计算出损伤点的中心位置，以此来确定激光光斑中心位置；④依次得到三个波长脉冲激光各自的光斑中心位置，每次测量前利用电动平移台将被测样品移至新位置；⑤以最短波长激光的中心位置为参考，分别调节光束耦合系统，以此来先后控制另两束激光光束的中心位置，直到和最短波长激光的中心位置重合。-->所述被测样品是感光相纸。由于采用了上述方案，本专利技术具有以下特点：本专利技术提出了三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置，三波长激光能够在时间上和空间上同步，通过对三波长能量的单独控制、光束的单独汇聚，能够任意调节不同波长在测量点的光斑直径和能量密度比例；本专利技术还提出了一种三波长脉冲激光光束同轴耦合的调整方法，通过对激光辐照后损伤点图像的处理分析，能够获得不同波长光束中心的坐标，并进行调节，直至重合，实现了在实际的测量环境下对三波长光斑位置直接调节。附图说明图1是本专利技术三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测试装置的示意图。图2(a)是激光辐照前，被测样品的测量位置在暗场下拍摄的图片。图2(b)是激光辐照后，被测样品的测量位置在暗场下拍摄的图片。图2(c)是图2(a)和图2(b)比较分析，进行图像处理。图2(d)是经过计算，获得损伤点的中心坐标O3。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。参阅图1，三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置，其包括在光路上依次排列的第一激光器1，产生基频光束；二分之一波片2，改变基频光束线偏振光的振动方向，调节二分之一波片2将改变基频激光在经过倍频和三倍频晶体3后的倍频和三倍频转换效率，通过调节二分之一波片2可以获得不同最大输出能量的基频、倍频和三倍频激光；倍频和三倍频晶体3，基频光束经倍频和三倍频晶体3后产生倍频和三倍频激光；三倍频激光波束分离单元，包括三倍频激光高反射、基频和倍频激光减反射薄膜4和三倍频激光高反射薄膜6，三倍频激光高反射、基频和倍频激光减反射薄膜4即三倍频分离膜，让三倍频激光高反射、但基频和倍频激光减反射，能够将三倍频激光与其它两个波长分离出来；三倍频激光高反射薄膜6让三倍频激光偏转方向；倍频激光波束分离单元，包括倍频激光高反射、基频和三倍频激光减反射薄膜5和倍频激光高反射薄膜7，倍频激光高反射、基频和三倍频激光减反射薄膜5即倍频分离膜，让倍频激光高反射、但基频和三倍频激光减反射，能够将倍频激光与其它两个波长分离出来；倍频激光高反射薄膜7让倍频激光偏转方向；能量调节系统，包括二分之一波片8-1、8本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置，其特征在于：其包括：在光路上依次排列的主激光器，用于产生三个不同波长的激光光束；分光系统，用于将三个波长的激光光束分离成三个单个波长的激光光束；能量调节系统，用于独立调节每个单个波长的激光光束的能量；电控快门，用于独立控制每个单个波长的激光光束的通过与否；聚焦透镜，用于独立对每个单个波长的激光光束的聚焦；光束耦合系统，用于将单个波长的激光光束进行混合；准直激光和通光光阑，用于对混合后的激光光束初步准直；脉冲宽度检测系统，用于检测每个波长激光光束的脉冲宽度；能量检测系统，用于检测每个波长激光光束的能量；光束质量分析系统，用于检测每个波长激光光束的光束质量；样品监测和夹持系统，用于夹持并检测被测样品被准直后的脉冲激光辐照后产生的损伤点的光斑的信息。

【技术特征摘要】
1.一种三波长脉冲激光共同作用下损伤阈值测量装置，其特征在于：其包括：在光路上依次排列的主激光器，用于产生三个不同波长的激光光束；分光系统，用于将三个波长的激光光束分离成三个单个波长的激光光束；能量调节系统，用于独立调节每个单个波长的激光光束的能量；电控快门，用于独立控制每个单个波长的激光光束的通过与否；聚焦透镜，用于独立对每个单个波长的激光光束的聚焦；光束耦合系统，用于将单个波长的激光光束进行混合；准直激光和通光光阑，用于对混合后的激光光束初步准直；脉冲宽度检测系统，用于检测每个波长激光光束的脉冲宽度；能量检测系统，用于检测每个波长激光光束的能量；光束质量分析系统，用于检测每个波长激光光束的光束质量；样品监测和夹持系统，用于夹持并检测被测样品被准直后的脉冲激光辐照后产生的损伤点的光斑的信息。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述主激光器，包括：在光路上依次排列的第一激光器，产生基频激光光束；二分之一波片，改变基频光束线偏振光的振动方向；倍频和三倍频晶体，基频光束经倍频和三倍频晶体后产生倍频和三倍频激光。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述分光系统，包括：在光路上依次排列的倍频激光光束分离单元，从不同波长的激光光束分离出倍频激光光束；三倍频激光光束分离单元，从不同波长的激光光束分离出三倍频激光光束。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述能量调节系统、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：马彬，沈正祥，丁涛，程鑫彬，周刚，焦宏飞，张锦龙，王占山，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31