專利名稱：基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法及測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光學元件抗激光損傷測試的方法及裝置，尤其是涉及一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法及測量裝置。
背景技術：
光學元件在激光加工、激光武器以及高功率激光系統等領域有著廣泛的應用，是光學系統中必不可少的基本元件。而隨著激光器輸出能量的不斷提高，光學元件的激光損傷閾值已成為制約強激光技術進一步發展的關鍵因素，也是限制激光技術向高能量、高功率方向發展的薄弱環節。為了深入分析光學元件的損傷性能和損傷機制，準確評價光學元件的抗激光損傷能力，需要不斷地發展和完善激光損傷閾值的測量技術，從而指導薄膜制備工藝的優化和改進。 目前國際上存在的激光損傷閾值測試方法最主要有1-on-l、S-on-1、R-οη-Ι和光柵掃描四種，其中1-on-l和S-οη-Ι是基于ISO 11254-1和11254-2、被廣泛認可的測量方案，有著明確的測量規范和步驟；R_on-l和光柵掃描是依據對元件損傷性能認識的基礎上提出的建議性測量方案，反映了光學元件的某種損傷特性，在某種程度上表征了元件的抗激光輻照能力，但并沒有建立完全明確的測量規范。特別是對于光柵掃描方式，屬于對樣品進行大面積掃描，根據掃描面積和掃描能量梯度的選擇，其測量時間可能會持續幾個小時至十幾個小時。當發生初始損傷后，需要在后期對發生初始損傷的位置進行損傷生長測量，以確保初始損傷結構的穩定性和安全性。因此，需要對發生初始損傷的位置進行精確定位，并能夠后期準確回到原始位置以能夠進行進一步測量研究。目前，在光柵掃描損傷閾值測量中，主要利用光電信號的變化來判斷損傷的發生時刻。利用光電探測器實時監測待測點的散射信號，當損傷發生時散射信號會顯著增強，一般定義散射信號增強I. 5 2倍時認定樣品損傷，并記錄下此時電機坐標以待后期復位確認。然而，光電信號檢測技術是一種間接識別方式，不能直接獲得損傷點的相關數據，并且其識別精度受限于損傷點處散射光強度的大小和信號校準精度；此外，由光電信號發生變化、損傷判定、電機坐標讀取，涉及多個軟件分析過程，將引入一定的計算時間和延遲時間，造成實際坐標與讀取坐標存在偏差。特別是在電機高速運動下，速度一般大于2mm/s，此時每Ims的延遲都將導致至少2 μ m的坐標位置偏差，而數據采集、分析判斷等過程一般會造成幾個ms、甚至是幾十ms的延遲，因此大大降低了損傷點坐標的識別精度。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種損傷識別精度高、裝置結構簡單的基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法及測量裝置。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現—種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，該方法包括以下步驟(I)將被測樣品固定在電動平移臺上，電動平移臺控制被測樣品作光柵軌跡移動，照明光源對被測樣品進行照明，在線顯微鏡對準泵浦激光輻照被測樣品的位置；(2)泵浦激光器輻照前，計算機對被測樣品的各測量點進行圖片采集，獲得一組圖像序列，記為Ntlxy;(3)泵浦激光器輻照被測樣品，計算機再次對被測樣品的各測量點進行圖片采集，獲得一組圖像序列，記為Nlxy,；(4)計算機比較Ntlxy和Nlxy中每個X和y位置下圖像的差異，出現超過尺寸容差的缺陷點時，判斷樣品發生損傷，并記錄下X和y的坐標位置；(5)計算機控制電動平移臺移動，使被測樣品回到X和y的坐標位置，對損傷點進打進一步檢驗；
(6)提升泵浦激光器的能量，重復步驟(3)-步驟(5)，實現被測樣品相同區域在泵浦激光不同能量輻照下的測量。所述的對被測樣品的各測量點進行圖片采集具體為計算機控制泵浦激光器發送外觸發信號a至電動平移臺，控制電動平移臺作光柵軌跡移動，電動平移臺接收到外觸發信號a后移動到下一個測量點并立即停止；計算機控制泵浦激光器發送外觸發信號b至外觸發式相機，控制外觸發式相機通過在線顯微鏡對電動平移臺每次停止時的被測樣品進行拍照，外觸發式相機將拍攝到的圖像發送至計算機。所述的外觸發式相機的拍照頻率與泵浦激光器輸出頻率一致，并且保持固定的時間間隔。所述的光柵軌跡移動具體為x方向總的移動距離為Sx，移動間隔為Dx，y方向總的移動距離為Sy,移動間隔為Dy,測量點的總個數N為N = (Sx/Dx) X (Sy/Dy)。所述的移動間隔Dx和Dy與泵浦激光器的激光光斑直徑相關。所述的泵浦激光器的工作頻率是10Hz，所述的泵浦激光器的信號輸出頻率是10Hz，所述的電動平移臺的移動頻率是10Hz，所述的外觸發式相機的拍照頻率是10Hz。一種實施基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法的測量裝置，包括泵浦激光器，用于發射泵浦激光輻照被測樣品；電動平移臺，與泵浦激光器連接，用于放置被測樣品，并帶動被測樣品作光柵軌跡移動；照明電源，設置在電動平移臺上方，對被測樣品進行照明；損傷監控組件，與泵浦激光器連接，實時監測并獲取被測樣品的圖像；計算機，分別連接泵浦激光器、電動平移臺和損傷監控組件，控制泵浦激光器外觸發信號的發射和電動平移臺的移動。所述的損傷監控組件由相連的在線顯微鏡和外觸發式相機組成，所述的外觸發式相機分別與泵浦激光器和計算機連接。與現有技術相比，本發明提出了能夠高精度復位的光柵掃描式損傷閾值測量方案，利用工作頻率為IOHz的泵浦激光器的外觸發信號同時控制電動平移臺的移動和外觸發式相機拍照，獲得被測樣品位置、泵浦激光器的脈沖激光和圖像準確的對應關系，比較分析每個位置在激光輻照前后圖像的差異，以此判斷是否發生損傷，并能夠精確復位做進一步驗證，具有損傷識別精度高、裝置結構簡單等優點。
圖I為本發明方法的流程示意圖；圖2a為本發明中泵浦激光輻照前被測樣品的圖像；圖2b為本發明中泵浦激光輻照后被測樣品的圖像；圖3為本發明裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。·如圖I所示，一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，該方法包括以下步驟在步驟SlOl中，將被測樣品固定在電動平移臺上，電動平移臺控制被測樣品作光柵軌跡移動，照明光源對被測樣品進行照明，在線顯微鏡對準泵浦激光輻照被測樣品的位置；在步驟S102中，泵浦激光器輻照前，計算機對被測樣品的各測量點進行圖片采集，獲得一組圖像序列，記為Ntlxy,獲得的圖像如圖2a所示。所述的對被測樣品的各測量點進行圖片采集具體為計算機控制泵浦激光器發送外觸發信號a至電動平移臺，控制電動平移臺作光柵軌跡移動，電動平移臺接收到外觸發信號a后移動到下一個測量點并立即停止；計算機控制泵浦激光器發送外觸發信號b至外觸發式相機，控制外觸發式相機通過在線顯微鏡對電動平移臺每次停止時的被測樣品進行拍照，外觸發式相機將拍攝到的圖像發送至計算機。所述的外觸發式相機的拍照頻率與泵浦激光器輸出頻率一致，并且保持固定的時間間隔。在步驟S103中，泵浦激光器輻照被測樣品，類似于步驟S102，電動平移臺作光柵軌跡移動，外觸發式相機對被測樣品的每個測量點進行拍照，獲得一組圖像序列，記為Nlxy,獲得的圖像如圖2b所示；在步驟S104中，比較Ntlxy和Nlxy中每個x和y位置下圖像的差異，出現超過尺寸容差的缺陷點時，樣品認為發生損傷，并記錄下X和I的坐標位置；在步驟S105中，計算機控制電動平移臺移動，使被測樣品回到X和y的坐標位置，對損傷點進行進一步檢驗，包括人工確認、損傷點大小深度研究等；在步驟S106中，提升泵浦激光器的能量，重復步驟S103-步驟S105，直至到達能量上限值，實現被測樣品相同區域在泵浦激光不同能量輻照下的測量。所述的光柵軌跡移動具體為x方向總的移動距離為Sx，移動間隔為Dx，y方向總的移動距離為Sy，移動間隔為Dy，測量點的總個數N = (Sx/Dx) X (Sy/Dy)，移動間隔Dx和Dy的設定由泵浦激光器的激光光斑直徑決定，Dj^P Dy—般為O. 2mm,電動平移臺移動時間小于30ms ο所述的泵浦激光器的工作頻率是10Hz，所述的泵浦激光器的信號輸出頻率是10Hz，所述的電動平移臺的移動頻率是10Hz，所述的外觸發式相機的拍照頻率是10Hz。如圖3所示，一種實施上述基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法的測量裝置，包括泵浦激光器1，用于發射泵浦激光輻照被測樣品2 ;電動平移臺3，與泵浦激光器I連接，用于放置被測樣品2，并帶動被測樣品2作光柵軌跡移動；照明電源4，設置在電動平移臺3上方，對被測樣品2進行照明；損傷監控組件，與泵浦激光器I連接，實時監測并獲取被測樣品2的圖像；計算機，分別連接泵浦激光器、電動平移臺和損傷監控組件，控制泵浦激光器外觸發信號的發射和電動平移臺的移動。所述的損傷監控組件由相連的在線顯微鏡6和外觸發式相機5組成，所述的外觸發式相機5與泵浦激光器I連接。電動平移臺3和外 觸發相機5由泵浦激光器I的外觸發信號控制。
權利要求
1.一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)將被測樣品固定在電動平移臺上，電動平移臺控制被測樣品作光柵軌跡移動，照明光源對被測樣品進行照明，在線顯微鏡對準泵浦激光輻照被測樣品的位置； (2)泵浦激光器輻照前，計算機對被測樣品的各測量點進行圖片采集，獲得一組圖像序列，記為N0xy ； (3)泵浦激光器輻照被測樣品，計算機再次對被測樣品的各測量點進行圖片采集，獲得一組圖像序列，記為Nlxy,； (4)計算機比較Ntlxy和Nlxy中每個X和y位置下圖像的差異，出現超過尺寸容差的缺陷點時，判斷樣品發生損傷，并記錄下X和y的坐標位置； (5)計算機控制電動平移臺移動，使被測樣品回到X和y的坐標位置，對損傷點進行進一步檢驗； (6)提升泵浦激光器的能量，重復步驟(3)-步驟(5)，實現被測樣品相同區域在泵浦激光不同能量輻照下的測量。
2.根據權利要求I所述的一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，其特征在于，所述的對被測樣品的各測量點進行圖片采集具體為 計算機控制泵浦激光器發送外觸發信號a至電動平移臺，控制電動平移臺作光柵軌跡移動，電動平移臺接收到外觸發信號a后移動到下一個測量點并立即停止； 計算機控制泵浦激光器發送外觸發信號b至外觸發式相機，控制外觸發式相機通過在線顯微鏡對電動平移臺每次停止時的被測樣品進行拍照，外觸發式相機將拍攝到的圖像發送至計算機。
3.根據權利要求2所述的一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，其特征在于，所述的外觸發式相機的拍照頻率與泵浦激光器輸出頻率一致，并且保持固定的時間間隔。
4.根據權利要求I所述的一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，其特征在于，所述的光柵軌跡移動具體為x方向總的移動距離為Sx，移動間隔為Dx，y方向總的移動距離為Sy,移動間隔為Dy,測量點的總個數N為 N = (Sx/Dx) X (Sy/Dy)。
5.根據權利要求4所述的一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，其特征在于，所述的移動間隔Dx和Dy與泵浦激光器的激光光斑直徑相關。
6.根據權利要求I所述的一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法，其特征在于，所述的泵浦激光器的工作頻率是10Hz，所述的泵浦激光器的信號輸出頻率是10Hz，所述的電動平移臺的移動頻率是10Hz，所述的外觸發式相機的拍照頻率是10Hz。
7.一種實施如權利要求I所述的基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法的測量裝置，其特征在于，包括 泵浦激光器，用于發射泵浦激光輻照被測樣品； 電動平移臺，與泵浦激光器連接，用于放置被測樣品，并帶動被測樣品作光柵軌跡移動； 照明電源，設置在電動平移臺上方，對被測樣品進行照明；損傷監控組件，與泵浦激光器連接，實時監測并獲取被測樣品的圖像； 計算機，分別連接泵浦激光器、電動平移臺和損傷監控組件，控制泵浦激光器外觸發信號的發射和電動平移臺的移動。
8.根據權利要求7所述的一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量裝置，其特征在于，所述的損傷監控組件由相連的在線顯微鏡和外觸發式相機組成，所述的外觸發式相機分別與泵浦激光器和計算機連接。
全文摘要
本發明涉及一種基于高精度復位技術的損傷閾值測量方法及測量裝置，所述的方法包括以下步驟將被測樣品固定在電動平移臺上，獲得泵浦激光器輻照前后被測樣品的每個測量點的圖像序列；比較輻照前后獲得的圖像序列，根據差異判斷樣品是否發生損傷，并控制被測樣品回到發生損傷的位置，對損傷點進行進一步檢驗；提升泵浦激光器的能量，重復獲得輻照后的被測樣品圖像序列，即可實現被測樣品相同區域在泵浦激光不同能量輻照下的測量；所述的裝置包括用于發射泵浦激光的泵浦激光器、用于帶動被測樣品移動的電動平移臺、照明電源和實時監測并獲取被測樣品圖像的損傷監控組件。與現有技術相比，本發明具有損傷識別精度高、裝置結構簡單等優點。
文檔編號G01N21/84GK102841097SQ20121032625
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者馬彬, 張艷云, 馬宏平, 程鑫彬, 焦宏飛, 王占山 申請人:同濟大學