[发明专利]一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置

说明书

本发明公开了一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置，运用高能量重复率脉冲激光经能量调节和准直扩束形成大尺寸光斑对光学元件进行激光预处理照射，同时光学元件吸收型缺陷由于吸收照射激光束能量在样品内形成瞬态温度分布及折射率分布。经过一定延时后，由另一束低能量脉冲激光经准直扩束形成大尺寸探测光斑照射光学元件被预处理激光照射的相同区域，其一定传输距离后的透射或反射衍射光场分布由CCD记录。通过分析处理CCD记录的衍射光场图像特征确定光学元件被照射区域是否存在吸收型缺陷以及相应特征，通过扫描实现大口径光学元件全口径激光预处理和吸收型缺陷的高分辨成像检测。

技术领域

本发明涉及光学元件激光预处理和检测领域，特别涉及一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷分布的高分辨成像检测的联合装置。

背景技术

在高能激光系统如激光点火装置中，大量使用了大口径光学元件，这些光学元件的激光损伤阈值直接决定了整个高能激光系统的承载能力和长时间稳定运行能力。为了提高这些大口径光学元件的激光损伤阈值，通常采用激光预处理技术对光学元件进行处理。通过采用低于激光损伤阈值能量密度的激光束对光学元件进行照射处理去除损伤缺陷或表面污染，可有效提高光学元件的激光损伤阈值。

另一方面，大口径光学元件吸收性缺陷分布的表征与控制尤为重要，因为吸收会导致激光能量损失、光束质量下降、甚至激光损伤的发生。而光学元件的吸收型缺陷是导致上述问题的一个主要原因。光学元件吸收型缺陷通常采用光热测量技术进行表征，其基本测量原理为：用一束聚焦的加热激光束照射光学元件，光学元件的吸收性缺陷由于光吸收以及热扩散会导致样品中产生具有一定特征的温升分布；根据热光效应和热弹效应理论，上述温升分布伴随着材料折射率改变的分布或表面热变形；然后用另一束探测激光经过该折射率改变或表面热变形的区域从而产生衍射，通过探测衍射光场的分布特征来确定光学元件的光吸收特性。基于光热测量原理，并针对大口径光学元件的缺陷检测需求，中国专利申请号201811470960.9的专利申请“一种大口径光学元件表面吸收型缺陷分布快速成像的方法”提出了采用大尺寸照射和探测激光光斑、成像CCD面阵探测的脉冲光热测量技术及二维扫描实现大口径光学元件吸收型缺陷的全口径成像检测。在该大光斑光热测量技术中所使用的照射激光束特性(包括光斑尺寸、能量密度、重复率、扫描方式等)与大口径光学元件激光预处理技术中照射激光束特性相似。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在大口径光学元件激光预处理的基础上，同时集成并实现对大口径光学元件吸收型缺陷的全口径成像检测。

为实现上述目的，本发明提出一种大口径光学元件激光预处理和吸收型缺陷成像检测的联合装置，主要由以下部分组成：高能量重复率脉冲激光1、能量调节装置2、光开关3、光束整形及准直扩束系统4、聚焦透镜5、楔形分光镜6、光束诊断单元7、脉冲能量监测单元8、大口径光学元件9、二维扫描样品台10、低能量重复率脉冲探测激光11、探测光束准直扩束系统12、成像光学系统13、窄带滤光片14、成像CCD15和控制计算机16组成；高能量重复率脉冲激光输出的激光脉冲经能量调节和光束整形后(聚焦)照射到大口径光学元件上进行激光预处理；同时由于大口径光学元件表面及亚表面的吸收型缺陷吸收照射激光束能量产生温升以及热扩散在样品内形成瞬态温度分布以及折射率分布，经过一定的时间延迟后，另一束低能量探测激光脉冲经过准直扩束形成一定尺寸探测光斑照射到大口径光学元件被高能量激光脉冲照射的相同区域，其透射或者反射的衍射光场分布经4f成像光学系统和窄带滤光片后被成像CCD记录，通过控制高能量照射激光脉冲和低能量探测激光脉冲之间的延迟时间并分析CCD记录的衍射光场图像特征确定大口径光学元件被照射区域是否存在吸收型缺陷以及相应特征。

所述高能量重复率脉冲激光能量由脉冲能量监测单元测量，照射到大口径光学样品的光斑尺寸光束诊断单元测量，照射到大口径光学样品的能量密度根据被照射光学元件激光预处理所需的能量密度通过能量调节装置设定，采用多脉冲激光预处理方式，单一位置激光预处理脉冲数由所需预处理效果和吸收型缺陷成像检测所需的CCD信号信噪比确定，并考虑激光预处理效率。