[发明专利]双光束延迟激光损伤测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件激光损伤测试，具体涉及一种双光束延迟激光损伤测试系统。

背景技术

光学薄膜等光学元件是激光系统中不可缺少的基本元件，也是整个系统中最薄弱的环节之一。应用于大能量、高功率激光系统中的光学元件，要求在长时间范围内稳定工作，或者系统的性能不产生明显降低。但是光学元件受激光辐照后，即使出现十分微小的瑕疵，也会导致输出光束质量的下降，同时会造成后续元件的破坏，严重时将引起整个系统的瘫痪。光学元件的抗激光损伤特性将直接影响整个系统的设计以及系统运行的性能，因而光学元件的激光损伤问题一直是激光向高能量、高功率方向发展的“瓶颈”，同时也是影响整个激光系统使用寿命的决定性因素之一。因此目前评判高功率激光系统中元件质量优劣的一个重要指标是光学元件的激光损伤阈值。

根据国际标准ISO-11254和ISO-21254，在脉冲激光损伤中，根据激光辐照方式的不同，光学薄膜激光损伤阈值的测试方法主要有以下四种：1-on-1，又称单脉冲损伤，体现样品破坏的初始状态，每个测试点只接受一个激光脉冲辐照，不管出现损伤与否，样品移至下一个测试点；S-on-1，又称多脉冲损伤，表现元件在重复频率激光作用下的累积损伤效果，同样能量的多个脉冲作用于同一测试点；R-on-1，是探测元件在抗激光损伤方面可达到的最大潜力的方法，对每个测试点进行能量密度以斜坡式渐增的多次辐照；N-on-1，对R-on-1方法的简化，可用n个脉冲以从小到大的顺序以比较分离的能量密度间隔作用于同一测试点。用脉冲激光辐照被测样品表面，利用三维电控样品台在垂直于激光辐照方向的平面内做竖直或水平方向的移动，即可实现1-on-1、S-on-1、R-on-1和光栅扫描等测试方法。国际标准推荐的检测方法为相衬显微法，即采用放大倍率100-150倍的Normaski显微镜对激光辐照后的光学元件进行观察，以判断是否发生激光损伤。

随着激光技术的发展，超短脉冲激光技术给激光的应用领域和光与物质相互作用的研究带来了革命性的发展。超短脉冲激光的获得，突破了因光电响应限制而未能开展的小于皮秒级动力学过程研究的极限，并将有关瞬态动力学研究的领域拓展到飞秒时域，为研究和认识自然界提供了崭新的方法。研究超快激光作用下光学元件的抗激光破坏问题，对于阐释超快激光与光学元件作用的物理机制、理清超快激光作用下光学元件的破坏问题，以及探索改善光学材料抗超短脉冲激光损伤能力的途径，具有非常重要的实际意义。超快激光与光学材料作用过程中的电子弛豫时间在理论分析中有重要作用，但其具体数值在很长时间内都处于理论模拟阶段，缺乏实验论证。双光束延迟激光辐照系统可以从实验角度确定激光与材料相互作用时的电子弛豫时间。

尽管现有的专利技术从不同侧面介绍了激光损伤阈值测试系统，也有专利将两组不同波长的激光系统合二为一，但从未有专利将同一脉冲激光分束后做双光束延迟的概念引入激光损伤阈值测试中，且测试系统大多只适用于脉宽在纳秒量级的激光器。已知光在空气中的传播速度约为3×10⁸m/s，1ps＝10^-12s，即光在空气中1ps传播约0.3mm。通过分光镜将一束脉冲激光分为两束，并改变两束激光到达样品的路程，可实现双光束在皮秒至纳秒范围的精确延迟控制，从而对研究激光与材料作用的超快动力学提供实验基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种双光束延迟激光损伤测试系统，该系统适用于不同激光脉宽的光学元件表面激光损伤阈值测试，并且实现系统的自动化控制。

本发明的技术解决方案如下：