一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置及方法与流程

本申请涉及光学元件检测，特别是涉及一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置及方法。

背景技术：

1、光学元件作为大型高功率激光装置中光束的主要传输介质，直接决定了激光装置的整体输出性能。随着极端物理研究的逐渐深入，对激光装置的输出能力要求愈来愈高。但在激光装置运行过程中，不可避免的存在杂散光或者鬼光束辐照在金属管壁和有机辅材表面。此类材料的抗激光损伤能力较低，在激光作用下极易产生气溶胶粒子污染。气溶胶粒子通过碰撞等多种形式相互作用，容易沉积在光学元件表面，形成颗粒污染。污染后的粒子在强激光作用下容易发生损伤，元件损伤又喷溅出大量二氧化硅粒子，进而对光学元件形成二次污染。形成“污染-损伤-污染”的往复过程，导致光学元件表面损伤数量急剧增加，降低了使用寿命。由于颗粒污染对激光具有较强的吸收特性，且以较弱的吸附力吸附在光学元件表面。因此，在激光辐照过程中，通常伴随着激光清洗和激光诱导损伤等多种物理机制。并且污染诱导损伤的初始时期，通过显微观测法不能够明显的发现光学元件表面细微的变化。公开号为cn110749606a，名称为一种基于光学元件的激光损伤检测方法及系统的发明专利主要通过照明和显微成像的方式实现损伤的判断，对于探测光学表面微观光性变化导致的损伤时置信度不高。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置及方法，可提高损伤判断的置信度。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、第一方面，本申请提供了一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，包括：激光系统、原位定位显微系统、在线透射率测量系统、原位光谱测试系统和上位机，所述原位定位显微系统、所述在线透射率测量系统、所述原位光谱测试系统均与所述上位机连接；

4、所述激光系统用于向待检测光学元件的表面发射激光；所述待检测光学元件的表面附着有颗粒污染物；

5、所述在线透射率测量系统用于测量所述待检测光学元件在所述激光辐照所述待检测光学元件之前的第一透过率，以及所述待检测光学元件在所述激光辐照所述待检测光学元件之后的第二透过率，并将所述第一透过率和所述第二透过率传输至所述上位机；

6、所述原位光谱测试系统用于采集所述激光辐照所述待检测光学元件过程中的光谱信息，并将所述光谱信息传输至所述上位机；

7、所述原位定位显微系统用于采集所述激光辐照所述待检测光学元件之前待检测光学元件表面的第一图像，以及所述激光辐照所述待检测光学元件之后待检测光学元件表面的第二图像，并将所述第一图像和所述第二图像传输至所述上位机；

8、所述上位机用于根据所述第一透过率、所述第二透过率、所述光谱信息、所述第一图像和所述第二图像判断所述待检测光学元件是否损伤。

9、可选地，在根据所述第一透过率、所述第二透过率、所述光谱信息、所述第一图像和所述第二图像判断所述待检测光学元件是否损伤方面，所述上位机具体用于：

10、若所述第二透过率与所述第一透过率之差大于第一设定值、且所述光谱信息中存在所述光谱波段范围之外的光谱、且所述第一图像与所述第二图像之间相似度小于第二设定值，则判定所述待检测光学元件损伤，否则判定所述待检测光学元件没有损伤；所述光谱波段范围为所述激光系统的光谱波段范围。

11、可选地，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置还包括：能量控制测试系统，所述能量控制测试系统用于将所述激光系统发出激光的能量调整到设定范围内，将所述激光系统发出激光光斑调整到覆盖所述颗粒污染物的尺寸。

12、可选地，所述能量控制测试系统包括聚焦透镜、能量卡计和平面劈板；所述激光系统发出激光经过所述聚焦透镜到达所述平面劈板；所述平面劈板用于反射出第一束激光，投射出第二束激光；所述能量卡计用于采集所述第一束激光的能量，所述第二束激光用于辐照所述待检测光学元件。

13、可选地，所述第一束激光的能量为所述激光系统发出激光能量的4％，所述第二束激光的能量为所述激光系统发出激光能量的96％。

14、可选地，所述在线透射率测量系统包括在线透射率测量仪、二维运动平台和支撑立杆，所述在线透射率测量仪设置在所述支撑立杆上，所述支撑立杆设置在所述二维运动平台上。

15、可选地，所述激光系统输出的激光波长包括1064nm、532nm和351nm波长，激光能量≥2j，激光光斑尺寸≥7mm。

16、可选地，所述原位定位显微系统的观测距离大于10cm，放大倍率的范围为100-2000；

17、所述原位光谱测试系统的测试波长范围为200nm～1600nm，分辨率为0.1nm。

18、可选地，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置还包括测量平台，所述测量平台用于放置所述待检测光学元件。

19、第二方面，本申请提供了一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定方法，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定方法应用所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定方法包括：

20、测量待检测光学元件在激光辐照所述待检测光学元件之前的第一透过率，以及所述待检测光学元件在所述激光辐照所述待检测光学元件之后的第二透过率；

21、采集所述激光辐照所述待检测光学元件过程中的光谱信息；

22、采集所述激光辐照所述待检测光学元件之前待检测光学元件表面的第一图像，以及所述激光辐照所述待检测光学元件之后待检测光学元件表面的第二图像；

23、根据所述第一透过率、所述第二透过率、所述光谱信息、所述第一图像和所述第二图像判断所述待检测光学元件是否损伤。

24、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

25、本申请提供了一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置及方法，通过在线透射率测量系统能够采集激光辐照前后待检测光学元件的透光率，通过原位定位显微系统能够采集激光辐照过程中的光谱信息，通过原位定位显微系统采集激光辐照前后待检测光学元件的表面图像，能够得到显微成像观测不到的变化，实现了光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定，另外，通过激光辐照前后待检测光学元件的透光率和表面图像，以及激光辐照过程中光谱信息进行综合判断，能够提高损伤判断的置信度。

技术特征：

1.一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置包括：激光系统、原位定位显微系统、在线透射率测量系统、原位光谱测试系统和上位机，所述原位定位显微系统、所述在线透射率测量系统、所述原位光谱测试系统均与所述上位机连接；

2.根据权利要求1所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，在根据所述第一透过率、所述第二透过率、所述光谱信息、所述第一图像和所述第二图像判断所述待检测光学元件是否损伤方面，所述上位机具体用于：

3.根据权利要求1所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置还包括：能量控制测试系统，所述能量控制测试系统用于将所述激光系统发出激光的能量调整到设定范围内，将所述激光系统发出激光光斑调整到覆盖所述颗粒污染物的尺寸。

4.根据权利要求3所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，所述能量控制测试系统包括聚焦透镜、能量卡计和平面劈板；所述激光系统发出激光经过所述聚焦透镜到达所述平面劈板；所述平面劈板用于反射出第一束激光，投射出第二束激光；所述能量卡计用于采集所述第一束激光的能量，所述第二束激光用于辐照所述待检测光学元件。

5.根据权利要求4所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，所述第一束激光的能量为所述激光系统发出激光能量的4％，所述第二束激光的能量为所述激光系统发出激光能量的96％。

6.根据权利要求1所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，所述在线透射率测量系统包括在线透射率测量仪、二维运动平台和支撑立杆，所述在线透射率测量仪设置在所述支撑立杆上，所述支撑立杆设置在所述二维运动平台上。

7.根据权利要求1所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，所述激光系统输出的激光波长包括1064nm、532nm和351nm波长，激光能量≥2j，激光光斑尺寸≥7mm。

8.根据权利要求1所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，其特征在于，所述原位定位显微系统的观测距离大于10cm，放大倍率的范围为100-2000；

9.根据权利要求1所述的光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置还包括测量平台，所述测量平台用于放置所述待检测光学元件。

10.一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定方法，其特征在于，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定方法应用权利要求1-9任一所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置，所述光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定方法包括：

技术总结本申请公开了一种光学元件表面颗粒污染诱导损伤判定装置及方法，涉及光学元件检测技术领域，该装置包括：激光系统、原位定位显微系统、在线透射率测量系统、原位光谱测试系统和上位机；激光系统向表面附着有颗粒污染物的待检测光学元件的表面发射激光；在线透射率测量系统用于测量待检测光学元件在激光辐照待检测光学元件之前和之后的透过率；原位光谱测试系统用于采集激光辐照待检测光学元件过程中的光谱信息；原位定位显微系统用于采集激光辐照待检测光学元件之前和之后待检测光学元件表面的图像；上位机根据两个透过率、光谱信息和两个图像判断待检测光学元件是否损伤。本申请可提高损伤判断的置信度。技术研发人员：苗心向,朱启华,蒋晓东,牛龙飞,周国瑞,向思衡,蒋一岚,姚彩珍受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心技术研发日：技术公布日：2024/11/18