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专利名称：高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种光学薄膜的光学性能测量装置和方法，特别是一种高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量装置和方法。
背景技术：
光学薄膜损伤是限制激光系统高功率、高能量化的主要因素，因此对损伤阈值的研究一直是多年来的热点问题。由于绝大多数激光器都是在常温环境下使用，所以对光学薄膜的激光损伤阈值都是在常温下进行测试，得到的即常温激光损伤阈值。但是，随着激光应用领域的拓展，温度因素对薄膜激光损伤的影响越来越突出。如在当前空间技术迅速发展的背景下，空间激光器就需要考虑温度因素影响，因为太空中阳光直射面温度可升至 250°C以上；此外在下一代激光光刻技术中，一些薄膜元件也需要长时间承受数百度的高温，诸如此类都需要进行薄膜在高温环境下的激光损伤阈值评价。但是，目前国内外尚没有在高温环境下进行激光辐照光学薄膜损伤阈值测量的装置和方法。

发明内容
本发明的目的是要提供一种高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量装置和方法，解决现在对光学薄膜的激光损伤阈值都是在常温下进行测试，不能得到高温激光损伤阈值的问题。本发明的目的是这样实现的该光学薄膜损伤阈值测量包括装置和方法
高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值的测量装置，包括计算机、第一激光器、反射镜、第二激光器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、能量衰减器、分光镜、能量计、聚焦透镜、在线显微镜判断装置、耐高温可移动平台和温控箱；
计算机的输出端与第一激光器、第二激光器、在线显微镜判断装置和耐高温可移动平台连接；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、能量衰减器、分光镜、聚焦透镜在第二激光器的第二光路上，在第二光路中的第一反射镜和第二反射镜为折射镜，第三反射镜、分光镜和聚焦透镜为透射镜；反射镜、第三反射镜、能量衰减器、分光镜、聚焦透镜在第一激光器的第一光路上，第一光路中的反射镜和第三反射镜为折射镜，分光镜和聚焦透镜为透射镜，能量计在分光镜折射光路上，耐高温可移动平台和待测样品位于温控箱内，待测样品位于第一光路和第二光路上；在线显微镜判断装置位于温控箱外。利用上述的高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值的测量装置进行高温环境下光学薄膜损伤阈值的测量方法，具体步骤如下
一、调整光路利用所述的聚焦透镜移动机构进行调节，使所述的第一激光器发出的激光辐照在待测样品上，并进行光斑大小的调整；
二、设定温度启动温控箱，对样品进行加热并设定最终温度；
三、高温环境下激光辐照光学薄膜即时损伤阈值测量启动计算机并控制所述的第一激光器、耐高温可移动平台、第二激光器、能量计、在线显微镜判断装置，选取能量密度为I 50J/cm2的激光辐照待测样品，测量10个点，得出损伤的概率，然后改变其能量密度，得到在不同能量密度激光下的损伤概率，选取10个能量概率，即一共测量IOX 10个点；通过计算机对每次作用在样品上的激光能量密度进行实时采集，然后根据在每个能量密度段的损伤几率，通过作图线性拟合的方法得出零几率损伤时的激光能量密度即为该温度下激光辐照样品的即时损伤阈值；
四、高温环境下薄膜激光辐照损伤的耐久性评价通过温控箱在80 350°C，设置 Ih 30d的保温时间，在不同的保温时间下进行激光损伤阈值的测量，测量方法同步骤三， 得到该设定温度下薄膜在不同保温时间的损伤阈值，评价随保温时间变化薄膜激光辐照损伤的耐久性。有益效果，由于采用了上述方案，第一激光器，用于准直光路和协助检测损伤的第二激光器，用于对样品进行加热并可以实现温度控制的温控箱，位于温控箱内的耐高温可移动平台，在耐高温可移动平台上的待测样品；在所述的第一激光器光路上依次设置能量衰减器、分光镜和聚焦透镜，在分光镜的反射光路上设置能量计，进行激光能量的测量；所述的聚焦透镜具有在光轴方向的移动机构；所述的耐高温可移动平台和样品均置于温控箱内，其中耐高温平台的耐热温度不低于400°C，温控箱的温度控制范围为室温 350°C;在所述的待测样品表面空间设置在线显微镜判断装置；所述的第一激光器、第二激光器、在线显微镜判断装置、耐高温可移动平台与计算机相连接；
优点 I、现有技术只可以测量常温环境下光学薄膜的激光损伤阈值，本发明提供了一种可以测量高温环境下光学薄膜的激光损伤阈值的装置。2、该装置测量方法简单易行，可以进行高温环境下激光辐照光学薄膜即时损伤阈值的测量，同时还可以对保温不同时间样品的损伤阈值进行测量，评价薄膜在高温环境下激光损伤的耐久性。


图I是本发明高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量装置的结构示意图。图2是高温环境下激光辐照光学薄膜的即时损伤阈值和损伤耐久性数据。图中，I、计算机；2、第一激光器；3、反射镜；4、第二激光器；5、第一反射镜；6、第二反射镜；7、第三反射镜；8、能量衰减器；9、分光镜；10、能量计；11、聚焦透镜；12、在线显微镜判断装置；13、耐高温可移动平台；14、温控箱；15、待测样品。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的说明，但是不应以此限制本发明的保护范围。实施例I :在图I中，测量装置，包括计算机I、第一激光器2、反射镜3、第二激光器4、第一反射镜5、第二反射镜6、第三反射镜7、能量衰减器8、分光镜9、能量计10、聚焦透镜11、在线显微镜判断装置12、耐高温可移动平台13和温控箱14 ；
计算机I的输出端与第一激光器2、第二激光器4、在线显微镜判断装置12和耐高温可移动平台13连接；第一反射镜5、第二反射镜6、第三反射镜7、能量衰减器8、分光镜9、聚焦透镜11在第二激光器4的第二光路上，在第二光路中的第一反射镜5和第二反射镜6为折射镜，第三反射镜7、分光镜9和聚焦透镜11为透射镜；反射镜3、第三反射镜7、能量衰减器8、分光镜9、聚焦透镜11在第一激光器2的第一光路上,第一光路中的反射镜3和第三反射镜7为折射镜，分光镜9和聚焦透镜11为透射镜，能量计10在分光镜9折射光路上， 耐高温可移动平台13和待测样品位于温控箱14内，待测样品位于第一光路和第二光路上； 在线显微镜判断装置12位于温控箱14外。所述的第一激光器2为Nd:YAG激光器；所述的第二激光器4为He-Ne激光器； 所这的第一激光器2输出的1064nm、532nm或355nm激光；所述的第二激光器4输出的 632. 8nm的连续激光。计算机I、第一激光器2、反射镜3，用于准直光路和协助检测损伤破坏的第二激光器4、第一反射镜5、第二反射镜、第三反射镜7、能量衰减器8、分光镜9、能量计10、聚焦透镜11和用来对样品损伤进行的在线显微镜检测装置12，用来加热并进行控温的温控箱14， 位于温控箱内的耐高温可移动平台13，在耐高温可移动平台上的待测样品15，分别经过第一光路和第二光路到达待测样品15的表面。利用上述装置的测试方法是首先将待测样品15置于耐高温可移动平台13上，利用所述的聚焦透镜11移动机构进行光斑调节，并使第一激光器2发出的激光辐照在待测样品上。启动温控箱，设定温度后自动开始升温。通过计算机控制所述的第一激光器2、耐高温可移动平台13、第二激光器4、能量计10，按照IS011254-1国际标准测量在高温环境下激光辐照下待测样品的即时损伤阈值，即每测一个点换一个位置，同时利用在线显微镜判断装置12进行在线损伤判定。一般测量IOX 10个点，对每次作用在样品上的激光能量通过计算机进行实时采集，然后根据在每个能量段的损伤几率，通过作图线性拟合的方法得出零几率损伤时薄膜的激光损伤阈值。如选择一氧化物单层膜，激光波长1064nm，脉宽12ns， 分别进行100°C、200°C、300°C温度下的即时损伤阈值测量，结果见图2，表明损伤阈值随着温度的升高而降低；如需对薄膜在高温环境下的损伤耐久性做评价，可以将温控箱升温至所需温度，进行一定时间的保温，如设为lh，2h，3h…ld，2cl···，损伤阈值测试同上所述，则可得出在不同保温时间下薄膜的激光损伤阈值，评价激光辐照薄膜的损伤耐久性。如对上述氧化物单层膜在300°C温度下分别保温lh、10h、ld的损伤阈值测量结果见图2，表明随着保温时间的延长，损伤耐久性降低。
权利要求
1.一种高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量装置，其特征是高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值的测量装置，包括计算机、第一激光器、反射镜、第二激光器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、能量衰减器、分光镜、能量计、聚焦透镜、在线显微镜判断装置、耐高温可移动平台和温控箱；计算机的输出端与第一激光器、第二激光器、在线显微镜判断装置和耐高温可移动平台连接；第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、能量衰减器、分光镜、聚焦透镜在第二激光器的第二光路上，在第二光路中的第一反射镜和第二反射镜为折射镜，第三反射镜、分光镜和聚焦透镜为透射镜；反射镜、第三反射镜、能量衰减器、分光镜、聚焦透镜在第一激光器的第一光路上，第一光路中的反射镜和第三反射镜为折射镜，分光镜和聚焦透镜为透射镜，能量计在分光镜折射光路上，耐高温可移动平台和待测样品位于温控箱内，待测样品位于第一光路和第二光路上；在线显微镜判断装置位于温控箱外。
2.一种高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量方法，其特征是利用上述的高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值的测量装置进行高温环境下光学薄膜损伤阈值的测量方法，具体步骤如下一、调整光路利用所述的聚焦透镜移动机构进行调节，使所述的第一激光器发出的激光辐照在待测样品上，并进行光斑大小的调整；二、设定温度启动温控箱，对样品进行加热并设定最终温度；三、高温环境下激光辐照光学薄膜即时损伤阈值测量启动计算机并控制所述的第一激光器、耐高温可移动平台、第二激光器、能量计、在线显微镜判断装置，选取能量密度为 I 50J/cm2的激光辐照待测样品，测量10个点，得出损伤的概率，然后改变其能量密度，得到在不同能量密度激光下的损伤概率，选取10个能量概率，即一共测量IOX 10个点；通过计算机对每次作用在样品上的激光能量密度进行实时采集，然后根据在每个能量密度段的损伤几率，通过作图线性拟合的方法得出零几率损伤时的激光能量密度即为该温度下激光辐照样品的即时损伤阈值；四、高温环境下薄膜激光辐照损伤的耐久性评价通过温控箱在80 350°C，设置 Ih 30d的保温时间，在不同的保温时间下进行激光损伤阈值的测量，测量方法同步骤三， 得到该设定温度下薄膜在不同保温时间的损伤阈值，评价随保温时间变化薄膜激光辐照损伤的耐久性。
全文摘要
一种高温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值测量装置和方法，测量装置包括第一激光器，用于准直光路和协助检测损伤的第二激光器，用于对样品进行加热并可以实现温度控制的温控箱，位于温控箱内的耐高温可移动平台，在耐高温可移动平台上的待测样品。通过温控箱设定不同的温度和保温时间，对薄膜的即时损伤阈值和损伤耐久性进行评价。优点1、解决了现有技术只能测量常温环境下激光辐照光学薄膜损伤阈值的问题，提供了一种可以测量高温环境下激光辐照薄膜损伤阈值的装置。2、该装置测量方法简单易行，可以进行高温环境下激光辐照光学薄膜即时损伤阈值的测量，还可以对保温不同时间样品的损伤阈值进行测量，评价薄膜在高温环境下激光损伤的耐久性。
文档编号G01N17/00GK102608019SQ201210079348
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者义鹏, 刘炯天, 尹诗斌, 张含卓, 强颖怀, 李大伟, 杨帅, 许程, 郭立童 申请人:中国矿业大学