一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置
专利汇可以提供一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种光学 薄膜 和光电器件表面激光损伤 阈值 测量装置，其包括激光电源(1)、 激光器 (2)、光束整形器(3)、偏振 能量 调节器(4)、聚焦透镜(5)、分光镜(6)、成像光学系统(7)、图像 传感器 (8)、光电探测器(9)、能量探测器(10)、 图像采集 卡(11)、光电处理 电路 (12)、能量采集处理电路(13)、能量调节 控制器 (14)、样品台(15)、运动控制卡(16)和上位机(17)；采用偏振能量调节方式来调节辐照在被测样品上表面激光脉冲能量，调节方便；采用能量均匀分布的激光光斑辐照来诱导被测样品表面损伤，准确地反映了被测样品表面损伤阈值。该测量装置自动化程度高，使用快捷、方便。，下面是一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置专利的具体信息内容。
1.一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置，其特征在于包括激光电源(1)、激光器(2)、光束整形器(3)、偏振能量调节器(4)、聚焦透镜(5)、分光镜(6)、成像光学系统(7)、图像传感器(8)、光电探测器(9)、能量探测器(10)、图像采集卡(11)、光电处理电路(12)、能量采集处理电路(13)、能量调节控制器(14)、样品台(15)、运动控制卡(16)和上位机(17)；其中激光电源(1)为脉冲触发式高压电源，分别与上位机(17)和激光器(2)相连接，在上位机(17)的控制下向激光器(2)供电，激光器(2)发出的激光束依次经过光束整形器(3)、偏振能量调节器(4)和聚焦透镜(5)后入射到分光镜(6)表面，部分激光束被分光镜(6)反射后辐照到被测样品表面，另一部分激光束穿过分光镜(6)被能量探测器(10)接收，能量采集处理电路(13)对能量探测器(10)探测的激光脉冲能量信息处理并传送给上位机(17)；被测样品表面透过分光镜(6)被成像光学系统(7)成像在图像传感器(8)的探测面上，图像采集卡(11)对图像传感器(8)获得的图像信息处理并传送给上位机(17)进行损伤薄膜面积的测量；能量探测器(10)表面对入射激光的散射光被光电探测器(9)接收，光电处理电路(12)将光电探测器(9)获得的电信号处理后传输给上位机(17)进行显示；
所述的激光器(2)为脉冲激光器，发射波长为1064nm、532nm或355nm；
所述的光束整形器(3)为折射式非球面伽利略望远型结构；
所述的聚焦透镜(5)为石英材质的平凸透镜；
所述的分光镜(6)为平面镜，表面镀制对45度入射激光波长的部分透射膜，透射率为
2%，对45度入射可见光的增透膜，与入射激光光路呈45度角放置；
所述的成像光学系统(7)为相机镜头，其中的光学元件表面镀制可见光的增透膜，对激光器(2)发射波长的高反射膜，将被测样品表面成像到图像传感器(8)的探测面上，同时阻挡激光波长进入到图像传感器(8)；
所述的图像传感器(8)为CCD相机或CMOS相机；
所述的光电探测器(9)为硅光电二极管或硅光电三极管，脉冲上升时间为47ps，光谱响应范围为400-1100nm；
所述的能量探测器(10)为热释电探测器件；
所述的样品台(15)为XY二维运动台，其在运动控制卡(16)的控制下带动被测样品作二维运动；
所述的上位机(17)为工控计算机。
2.如权利要求1所述的一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置，其特征在于，所述的辐照被测样品光束为平顶高斯分布的激光光斑。
3.如权利要求1所述的一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置，其特征在于，所述的偏振能量调节器(4)为机械旋转式偏振能量调节器、电光式偏振能量调节器或磁光式偏振能量调节器。
一种光学薄膜和光电器件表面激光损伤阈值测量装置
技术领域
背景技术
发明内容
所述的光束整形器3为折射式非球面伽利略望远型光学系统，其由一个非球面负透镜和一个正透镜及机械夹具构成，其中的光学元件表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，位于激光器2输出激光束的光路中，并与激光束同光轴，用于对激光器2输出的光束进行整形，从而获得平顶高斯光束分布辐射光斑；
如附图2所示，所述的平顶高斯光束为光强分布曲线中心部位附近平坦的高斯光束辐射光斑，90%以上的能量集中在光强平顶分布部分；
所述的能量调节器4优选机械旋转式、电光式或磁光式能量调节器，其中的光学元件表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，位于激光光路中，并在光束整形器3的右侧，根据能量调节控制器14的控制信号来调节作用在样品表面的激光脉冲能量；
所述的聚焦透镜5为平凸透镜，其焦距优选200mm，表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，与激光束同光轴，用于对从能量调节器4出射的激光束进行汇聚；
所述的分光镜6为平面镜，表面镀制对45度入射激光波长的分光膜，反射光和透射光强度比例为24:1，对45度入射可见光的增透膜，与入射激光光路呈45度角放置，用于实现辐射样品光路、能量探测光路和样品表面成像光路的分离；
所述的成像光学系统7为相机镜头，放大倍率范围优选1~10，其中光学元件表面镀制可见光的增透膜，对激光器2发射波长的高反射膜，位于图像传感器8与分光镜6之间，用于将被测样品表面成像到图像传感器8的探测面上，同时阻挡激光波长进入图像传感器8；
所述的图像传感器8优选CCD相机或CMOS相机，用于将薄膜的光学图像转换为电子图像信号，图像采集卡11根据上位机17的控制指令采集和处理图像传感器8获得的电子图像信号，并将该信号传输给上位机17进行处理；
所述的光电探测器9优选硅光电二极管或硅光电三极管，其探测面朝向能量探测器10的探测面，用于探测能量探测器10探测面散射的激光脉冲信号，光电处理电路12根据上位机17的控制指令采集和测量光电探测器9获得的脉冲信号，并将脉冲宽度测量结果传送给上位机17；
所述的能量探测器10为热释电探测器件，与聚焦透镜5关于分光镜6对称放置，用于接收入射到其探测表面的激光能量，能量采集处理电路13根据上位机17的控制指令来采集能量探测器10获得的激光脉冲能量信息，依据分光镜6对激光波长的分光比例，对激光脉冲能量进行标定、记录和运算，并将该信号传输给上位机17进行处理；
所述的样品台15为XY二维运动台，其在运动控制卡16的控制下带动被测样品作二维运动，以满足不同脉冲能量辐照被测样品不同位置的记录要求；
所述的上位机17为工控计算机，用于向激光电源1、图像采集卡11、光电处理电路12、能量采集处理电路13、能量调节控制器14和运动控制卡16发送控制指令，同时将获得的激光脉冲能量与损伤薄膜的面积相除来获得辐照在被测样品表面的激光脉冲能量密度，根据样品表面损伤概率拟合出样品表面激光损伤阈值，数字输出激光脉冲宽度、辐照到样品表面的激光脉冲能量、样品表面损伤面积及激光损伤阈值。
附图说明
具体实施方式
所述的光束整形器3为折射式非球面伽利略望远型结构，通光孔径为15mm，其中的光学元件表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，透射率大于99%，其位于激光器2输出激光束的光路中，并与激光束同光轴，用于对激光器2输出的光束进行整形，从而获得平顶高斯光束分布辐射光斑；
如附图2所示，所述的平顶高斯光束为光强分布曲线中心部位附近平坦的高斯光束辐射光斑，90%以上的能量集中在光强平顶分布部分；
所述的能量调节器4为机械旋转式，由两个偏振片所构成的起偏器和检偏器组合，其中的光学元件表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，透射率大于99.5%，位于光束整形器3右侧，能量调节控制器14控制检偏器绕光轴旋转来调节作用在样品表面的激光脉冲能量；
所述的聚焦透镜5为平凸透镜，直径为20mm，焦距为200mm，表面镀制对激光器2发射激光波长的增透膜，透射率大于99.5%，与激光束同光轴，用于对从能量调节器4出射的激光束进行汇聚；
所述的分光镜6为平面镜，表面镀制对45度入射激光波长的分光膜，反射光和透射光强度比例为24:1，对45度入射可见光的增透膜，与入射激光光路呈45度角放置，用于实现辐射样品光路、能量探测光路和样品表面成像光路的分离；
所述的成像光学系统7为相机镜头，放大倍率为2，其中的光学元件表面镀制可见光的增透膜，透射率大于99%，对激光器2发射波长的高反射膜，反射率大于99%，位于图像传感器8与分光镜6之间，用于将被测样品表面成像到图像传感器8的探测面上，同时阻挡激光波长进入到图像传感器8；
所述的图像传感器8为CCD相机或CMOS相机，探测面尺寸为1/3英寸，用于将薄膜的光学图像转换为电子图像信号，图像采集卡11根据上位机17的控制指令采集和处理图像传感器8获得的电子图像信号，并将该信号传输给上位机17进行处理；
所述的光电探测器9为硅光电二极管或硅光电三极管，脉冲上升时间为47ps，光谱响应范围为400-1100nm，其探测面朝向能量探测器10的探测面，用于探测能量探测器10探测面散射的激光脉冲信号，光电处理电路12根据上位机17控制指令采集和测量光电探测器
9获得的脉冲宽度信息，并将脉冲宽度测量结果传送给上位机17；
所述的能量探测器10为热释电探测器件，有效探测口径为25mm，最低能量为50uJ，最高能量100mJ，与聚焦透镜5关于分光镜6对称放置，用于接收入射到其探测表面的激光能量，能量采集处理电路13根据上位机17的控制指令来采集能量探测器10获得的激光脉冲能量信息，依据分光镜6对激光波长的分光比例，对激光脉冲能量进行标定、记录和运算，并将该信号传送给上位机17进行处理；
所述的样品台15为XY二维运动台，其在运动控制卡16的控制下带动被测样品作二维运动，以满足辐照被测样品不同位置的记录要求；
所述的上位机17为工控计算机，用于向激光电源1、图像采集卡11、光电处理电路12、能量采集处理电路13、能量调节控制器14和运动控制卡16发送控制指令，同时将获得的激光脉冲能量与损伤薄膜的面积相除来获得辐照在被测样品表面的激光脉冲能量密度，根据样品表面损伤概率拟合出样品表面激光损伤阈值，数字输出激光脉冲宽度、辐照到样品表面的激光脉冲能量、样品表面损伤面积及激光损伤阈值。
2）开启本测量装置的电源，系统自检，自检完成后进入测量界面；
3）软件界面设置激光器2的发射波长、被测样品尺寸、样品台最大位移量及移动步长，系统自动计算每行测试点数量及行数，点击开始测量；
4）上位机17发指令给激光电源1要求其按照设置的参数工作，同步触发图像采集卡
11、光电处理电路12和能量采集处理电路13进行数据采集处理；
5）在最大激光脉冲能量状态，辐照十个不同点，每辐照一个点上位机17发一次指令给运动控制卡16控制样品台15沿X或Y向移动一个步长，软件判断被测样品是否发生损伤，若样品表面无损伤，则超过测量范围，系统提示更换较小焦距的聚焦透镜，若样品表面损伤，记录并显示激光脉冲能量，测量并显示损伤部位面积，计算并显示辐照激光能量密度、损伤概率和脉冲宽度；
6）上位机17发指令给能量调节控制器14控制能量调节器4使输出激光能量约为上次辐照脉冲能量的95%，重复步骤4）至5），直到辐照样品表面不同位置十次未发现样品表面损伤；
7）上位机17软件记录并显示不同激光脉冲能量辐照激光能量密度、损伤概率和脉冲宽度，以激光能量为横轴，损伤几率为纵轴，生成损伤几率与激光能量点的分布图，通过用直线拟合出零损伤几率，计算并显示被测样品的激光损伤阈值。
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