[发明专利]并行扫描激光预处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件处理装置及方法，尤其是其激光预处理，属于光学技术领域。

背景技术

光学元件在制作完成后，需要进行激光预处理，目前主要采用小口径、毫米级尺寸的激光光斑，通过光栅单点扫描（raster scan）方式，均匀地对薄膜元件进行照射。由于辐照均匀性和通量提升这两项因素将影响激光预处理效果，为了保证一片大口径光学元件能够受到均匀的辐照作用，通常在扫描过程中，光斑间距不能过大，使得两次辐照之间有一定的重叠部分，以保证扫描无盲区。同时，需要采用通量逐步提升的方式，平缓地诱导预处理效果。这两项因素导致小口径预处理存在耗时长的缺点。举例来说：采用口径1mm，重复频率10Hz的辐照光斑，处理一片600×600mm口径的光学元件。假定光斑步进间距为0.5mm，以保证一定的重叠区域，在这种情况下，单次全口径处理需要耗时40小时，若需要以三种能量进行预处理，以10%、50%、90%损伤阈值进行通量提升，则处理一片元件总共需要120小时，耗时相当显著。

另外，在高功率激光脉冲作用之下，光学元件极易发生损伤，光学元件的损伤问题成为目前限制大型激光装置出光能量继续提升的瓶颈。提高元件的抗损伤能力可以从改善元件的制备条件和工艺出发，但是，受限于材料物性机制、工艺可行性和成本等因素，难度极大；另一条可行之路则是激光预处理技术。它采用较低通量的激光束（较之于元件的损伤阈值），对膜面进行辐照，可以提高其抗损伤能力。

在亚阈值光斑的辐照作用之下，元件表面的附着性污染被击落和分解，同时被包覆的缺陷也可以被预引爆和加固，避免其进一步增长；而材料本身所包含的原子离子杂质缺陷在激光诱导之下重新结合，从而使物性趋于稳定。

目前可见的文献报道和专利中，主要采用单点逐点扫描方式或利用激光束的多次全反射来进行扫描。单点逐点扫描方式存在耗时长的缺点。简单利用激光束的多次全反射来进行扫描可以提高效率，但是该方法无法实时监测所有扫描点的状况，扫描过程中一旦在某个反射点产生破坏，其余反射点的能量将急剧变化，产生辐照不均匀问题，从而导致整个元件的预处理不可控，效果无法满足要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种对光学元件进行并行扫描激光预处理装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

并行扫描激光预处理装置，包括沿激光传输方向设置的激光光源、机械快门、能量衰减器、光束汇聚系统、分光劈板和合束镜，还包括光束轮廓仪、激光能量计、信标光源和电动位移台；光学元件置于电动位移台上；装置与光学元件之间设有倾斜镜阵列，光学元件前设置有检测相机。

并行扫描激光预处理方法，包括以下步骤：

   A．精确调节倾斜镜阵列的俯仰角，控制各光斑在光学元件反射表面上的位置坐标，以此将各光斑排列成规则分布的组束；组束作为整体以并行方式对光学元件进行并行扫描；组束尺寸与检测相机的视场范围相匹配；

   B．由能量计和光束轮廓仪测量脉冲能量和有效面积；

   C．根据组束尺寸和激光重复频率，由电动位移台调整光学元件的位移速度；

   D．根据检测相机检测的损伤坐标，计算光学元件的辐照盲区，并记录；

   E．并行扫描完毕后，采用单光斑方式对光学元件的辐照盲区逐一进行填充。

本发明采用倾斜镜组合定位方式，对反射激光进行重复利用和合理排布，以组束并行扫描的方式实现均匀辐照过程，从而大幅度压缩预处理时间周期，同时，对扫描区域进行损伤在线诊断。

本发明的有益效果是，在重复利用激光能量提高预处理效率的同时，解决了损伤导致的反射辐照不均匀问题，可高速有效提升大口径光学元件激光损伤阈值。

附图说明

图1是本发明中装置总体结构示意图；

图2是本发明中扫描方法原理示意图；

图3是光学元件损伤辐照盲区形成示意图。

图4是本发明中光斑组束并行扫描方式示意图

图中零部件及编号：

1—激光光源，2—机械快门，3—能量衰减器，4—光束汇聚系统，

5—分光劈板，6—光束轮廓仪，7—激光能量计，8—信标光源，

9—倾斜镜阵列，10—检测相机，11—光学元件，12—电动位移台，

13—合束镜。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。