[发明专利]大尺寸片状激光钕玻璃包边界面超低剩余反射率检测装置和方法

说明书

一种大尺寸片状激光钕玻璃包边界面超低剩余反射率的检测装置和方法。本发明装置和方法实现了大尺寸片状激光钕玻璃空间分辨率mm量级和10^‑4量级包边界面的剩余反射率的测量，检测结果可以用于评估包边粘接界面的质量，有利于大尺寸片状激光钕玻璃生产过程的监控、包边工艺的改进和优化。

技术领域

本发明涉及掺钕磷酸盐激光玻璃，特别是一种大尺寸片状激光钕玻璃包边界面超低剩余反射率检测装置和方法。

背景技术

激光钕玻璃作为激光增益和传输介质，具有激光振荡阈值低、受激发射截面大、无辐射跃迁几率低、非线性折射率系数小等特点而被广泛采用。当激光钕璃吸收泵浦源的激发光后，下能级粒子跃迁至上能级，然后以辐射或者无辐射跃迁至下能级，可以将输入光放大，从而使输入光能量得到放大。激光钕玻璃是惯性约束核聚变(Inertial ConfinementFusion,ICF)高功率激光驱动装置的主要放大元件，是装置的核心元件之一。目前在建或已经建成的用于激光惯性约束核聚变研究的激光系统中，大量采用大尺寸片状激光钕玻璃作为增益介质，主要是装置需要放大工作介质规模大，与晶体相比，玻璃造价低，容易制备，尺寸可到米级，且吸收效率高于晶体。但同其他激光增益介质一样，激光钕玻璃的储能效率和激光输出能力不可避免受放大自发辐射(Amplified Spontaneous Emission，ASE)和寄生振荡(Parasitic Oscillations，PO)的影响，因此为抑制放大自发辐射和寄生振荡技术，需要在片状激光钕玻璃激光四周利用聚合物(Polymer)粘接或者直接烧结(Sealing)一层用于吸收自发辐射光子的吸收材料，该过程称之为包边(Edge Cladding)。而衡量包边的一个重要指标就是吸收自发辐射光子的效率，通常对于片状大尺寸钕玻璃片，包边吸收自发辐射效率要求远高于99.9％，即包边后界面的剩余反射率远小于0.1％。而影响包边剩余反射率的主要因素如下：(1)折射率匹配。包边界面材料折射率差异程度将直接影响包边界面的剩余反射率，折射率差异越小，包边剩余反射率也越小；(2)吸收材料的吸收系数和吸收厚度，吸收材料吸收系数和厚度越大，包边剩余反射率也越小；(3)界面疵病。在包边生产过程中，在界面处不可避免的会引入一些界面疵病，例如：气泡，划痕，油脂，毛发等外加疵病。这些疵病会在粘接的界面处形成散射点，也会造成包边剩余反射率的增加。因此，为客观评价激光钕玻璃包边剩余反射率大小，需要检测包边界面的剩余反射率。

目前，已经有一些剩余反射率检测方面的专利。介绍如下：

专利【CN102768202B包边大尺寸钕玻璃包边剩余反射检测装置及检测方法】是直接将测量光照射在包边界面上，与参考光进行比较得到包边界面的剩余反射率，通过改变测量光的入射角度，手动移动样品，可以实现大尺寸片状激光钕玻璃包边界面的剩余反射率测试。该方法不能够对整个包边界面进行测量，无法表征整个界面的剩余反射率，同时该方法中入射面(空气-激光钕玻璃)和出射面(激光钕玻璃-空气)为理论计算值，其值与入射和出射角度有关，当界面剩余反射率低时，测试误差非常大。

专利【CN103308487B光增益介质包边界面剩余反射测量方法】中所提出的基本检测原理是对包边前后包边界面的反射率分别进行检测，之后通过联立解算出剩余反射率，该方法可以扣除入射面(空气-激光钕玻璃)和出射面(激光钕玻璃-空气)以及材料吸收和散射的影响，但在实际操作中，包边是一个复杂的工艺过程，一般需要几天甚至更长时间，在该过程中，包边前后的各种检测条件均可能发生变化，很难保证检测结果的精确性，在实际应用中，特别是大尺寸片状钕玻璃剩余反射检测中，可行性和操作性不强。

专利【CN103398983B光增益介质包边界面剩余反射偏振测量方法】采用的光路与CN103308487B类似，该方法采用偏振光的方法，在光路中增加了起偏器，检偏器和四分之一波片，可以消除样品本身的吸收和散射，以及空气-激光钕玻璃界面反射的影响。