一種激光聚焦輻照效應實驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種激光輻照效應實驗裝置，尤其是一種用于多個效應物樣品的聚焦激光輻照實驗裝置。
【背景技術】
[0002]為研宄某些功能材料、光電器件等對象的激光輻照效應和損傷閾值，開展聚焦小光斑激光輻照實驗是重要的技術手段，需要進行批量效應物的激光輻照實驗，來獲取相關規律或參數。
[0003]由于透鏡聚焦的作用，樣品受輻照表面位置的差異會導致輻照的激光光斑大小不同，從而激光參數也不相同，這樣會使得激光輻照效應數據有較大的不確定性。為此，需要準確的定位方法，一是要使得同類樣品的不同個體在受輻照時的表面位置相同，從而使得批量實驗的效應物表面激光光斑參數具有一致性；二是要使得測量光斑參數的表面與效應物樣品受輻照的表面位置相同，以使測量的光斑參數能夠準確反映實際輻照的光斑參數。
[0004]現有的通過直尺、卷尺、游標卡尺等測量激光聚焦透鏡和效應物表面之間距離的方法在大批量效應物激光燒蝕試驗中應用不便，而且其測量精度差，給激光損傷閾值測量、效應規律研宄帶來了較大的不確定度。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種激光聚焦輻照效應實驗裝置，本裝置可以大大減小激光聚焦輻照效應物實驗條件下放置樣品與測量光斑時位置的不確定性帶來的輻照激光參數的不確定性，同時可對效應物的激光燒蝕光斑進行準確測量，提高激光損傷閾值測量、效應規律研宄的準確性。
[0006]本發明的技術方案為:
[0007]一種激光聚焦輻照效應實驗裝置，包括聚焦透鏡2、效應物固定架6、XZ軸方向二維調節機構5、Y軸方向電控位移臺4和視頻顯微鏡I ;效應物固定架6固定在XZ軸方向二維調節機構5上，入射激光3經聚焦透鏡2聚焦后沿X軸方向垂直入射至效應物表面，視頻顯微鏡I正對Y軸方向電控位移臺設置，其光軸為X軸方向，所述的XZ軸方向二維調節機構5設置在Y軸方向電控位移臺4上，并在Y軸方向電控位移臺4的帶動下，使得效應物在所述視頻顯微鏡I的視場和聚焦光束之間往復移動，并實現效應物燒蝕痕跡的尺度測量。
[0008]上述激光聚焦輻照效應實驗裝置中，效應物為光電器件、光學元件、涂層材料。
[0009]上述激光聚焦輻照效應實驗裝置中，Y軸方向電控位移臺4的行程不小于20cm，其分辨率、重復定位精度均小于3 μπι。
[0010]上述激光聚焦輻照效應實驗裝置中，輻照至效應物的激光光斑尺度為數十微米?數百微米。
[0011]上述激光聚焦輻照效應實驗裝置中，視頻顯微鏡I具有50mm?120mm的工作距離、50?500倍的光學放大倍率和1000X 1000的像素分辨率。
[0012]上述激光聚焦輻照效應實驗裝置中，視頻顯微鏡I內置尺寸測量軟件，可對視場內物體的尺度進行測量。
[0013]一種激光聚焦輻照效應實驗的方法，包括以下步驟:
[0014]【I】輻照光斑的調試
[0015]在效應物固定架上放置測量光斑用的熱敏紙等燒蝕測量對象，利用Y軸方向電控位移臺和XZ軸方向二維調節機構的Z軸調節，將測量對象置于輻照光路正中心；利用XZ軸方向二維調節機構的X軸調節，改變熱敏紙表面相對聚焦透鏡焦點的位置，改變對象表面激光光斑的大小；
[0016]【2】視頻顯微鏡參數的確定
[0017]將經過激光輻照的燒蝕測量對象沿Y軸方向平移至視頻顯微鏡的視場中心，記錄平移距離或電機步進的步數，選擇合適的倍率后調節顯微鏡自身的調焦機構，使燒蝕測量對象的變色、燒蝕表面在顯微鏡中呈清晰的像，并用顯微鏡中的尺度測量軟件測量變色斑、燒蝕斑尺度作為激光光斑的尺度，重復步驟【2】，確定合適的光斑大小后，固定顯微鏡調焦機構；
[0018]【3】效應實驗
[0019]將測量光斑對象更換為效應物樣品，激光輻照后，利用XZ軸方向二維調節機構和Y軸方向電控位移臺相配合，將效應物受輻照區域調節至顯微鏡視場中心，再利用XZ軸方向二維調節機構的X軸調節，使得樣品受輻照區域在顯微鏡視場中心成清晰的像，測量獲得效應物上的燒蝕痕跡作為效應物的表征參數；按照前面所記錄的平移距離或電機步進步數將Y軸方向電控位移臺返回；
[0020]【4】批量效應實驗
[0021]更換下一個樣品，重復步驟【3】完成輻照實驗。
[0022]本發明具有的有益技術效果如下:
[0023]一、本發明將中等放大倍率的視頻顯微鏡與較高精度的電控位移臺相結合，電控位移臺具有高的位置重復精度，能在激光輻照光路與視頻顯微鏡視場中進行精確的位置切換；視頻顯微鏡用于將效應物表面準確定位于其成像焦平面，通過對成像清晰度的判斷，確保不同效應物輻照表面定位的準確性，確保激光效應實驗數據的有效性，同時視頻顯微鏡還可以并用于燒蝕條件下的輻照激光光斑測量，直接給出效應物在激光輻照下的受損效果表征參數。
[0024]二、本發明的激光輻照效應實驗裝置克服了批量效應物在激光輻照時放置位置不精確帶來的輻照激光參數的不確定性，同時可對效應物的激光燒蝕光斑進行準確測量，提高激光損傷閾值測量、效應規律研宄的準確性。
[0025]三、本發明具有簡便、快速的特點，適用于批量效應物的激光輻照實驗。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明裝置原理示意圖。
[0027]圖2為XZ軸方向二維調節機構示意圖。
[0028]圖中:1 一視頻顯微鏡；2—聚焦透鏡；3—入射激光；4一Y軸方向電控位移臺；5—XZ軸方向二維調節機構；6—效應物固定架；7—X軸位移部件；8— Z軸位移部件。
【具體實施方式】
[0029]如圖1和圖2所示，本發明的激光聚焦輻照效應實驗裝置，包括聚焦透鏡2、效應物固定架6、XZ軸方向二維調節機構5、Y軸方向電控位移臺4和視頻顯微鏡I。效應物固定架6固定在XZ軸方向二維調節機構5上，可隨二維調節機構實現XZ軸方向上的位移，XZ軸方向二維調節機構5設置在Y軸方向電控位移臺4上可在Y軸方向電控位移臺作用下，整體實現Y軸移動，從而確保效應物具備XYZ三維位移調節功能。Y軸方向電控位移臺4的行程一般不小于20cm，其分辨率、重復定位精度均小于3 μπι。
[0030]入射激光3經聚焦透鏡2聚焦后沿X軸方向垂直入射至效應物表面，視頻顯微鏡I正對Y軸方向電控位移臺設置，其光軸為X軸方向。