随着大功率激光系统应用范围的不断扩大,高精度光学元件抗激光损伤的重要性日益突出,致使激光损伤阈值成为光学元件的一项重要指标。不断提高光学元件或薄膜器件的激光损伤阈值,对大功率激光系统的应用及激光防护具有重要的意义,而要解决这一问题,关键在于准确测量出光学元件或薄膜的激光损伤阈值。在激光损伤阈值测试过程中,如何在线、实时、快速、准确的判别薄膜损伤成为研究的核心环节,而阻碍这一技术发展的主要问题正是光学元件在强激光作用下损伤的判别问题。
薄膜或光学元件损伤的判别方式,目前主要有相衬显微法(图像法)、散射检测法、等离子体闪光法、光声测量法、光热法等。各种判定方法各有其优劣性,其中相衬显微法是国际标准ISO11254推荐的一种检测方法。该方法以显微镜目视观察,主观性强,工作强度大,测试效率低,难以实现整机系统的自动化。等离子体闪光法对厚度不大的薄膜十分有效,但却无法区分由C、N等元素构成的薄膜(如类金刚石,金刚石薄膜及CN薄膜)。声学法提高了判别损伤的效率,消除了人为因素的干扰,但这种方法的数据处理比较复杂。各种损伤判别方法都不够完善是导致目前尚没有一台商业化激光损伤阈值测试仪器的主要原因。虽然国内少数单位搭建了相应的测试平台,但这些零散部件组合的测试系统受外界因素影响较大,不同的测试人员往往测出不同的结果,而且操作极其繁杂,自动化及电子化程度不高,与计算机兼容性差,也无法进行标定。因此,其测试结果可比性差,只能用于参考,从而限制了测试系统的商品化开发。
基于以上讨论,实验室研究中,将不同的判别方法进行组合,形成全新的组合测试技术,无论测试对象是高反射还是减反射薄膜,无论薄膜的厚度如何,均可以解决激光损伤阈值的快速、高精度、准确测量问题。因此,该项目研究是为高精度光学元件损伤提供一种快速、准确的判别方法,是最终激光损伤阈值测试系统实现自动化、智能化、快速化的基础。应用本项目的成果,才能将现有的测试平台商品化。由于光学元件损伤阈值的测试是目前光学技术领域的当务之急,因此项目研究的成果无论在军事还是民用上都具有极大的推广前景和实际应用价值,也必然会产生可观的经济效益。
实验室针对光学薄膜的制造,力求解决光学元件、光学材料及薄膜器件激光损伤阈值的测试问题。通过与国外发达国家广泛的交流与合作,在相关领域实现我校与国外技术的优势互补:研究薄膜激光损伤阈值的测试原理与方法,重点对提高损伤判别精度的方法、多波长的兼容及系统集成技术进行研究。在此基础上,研制一台波长为1064nm的自动化、数字化智能型激光损伤阈值测试仪。本成果取得以下突破:
① 建立了系统的薄膜激光损伤评判体系
研究了激光薄膜损伤阈值的测试标准及规范,首次提出了等离子体光谱法和声学法判别薄膜损伤的方法,消除了误判现象,实现了对一种薄膜用多种方法进行互检的组合判别,实现了各种样品测试的通用化。
② 研制出一台数字化、自动化、智能型的激光损伤阈值测试仪
将多种判别方法进行有机组合;以被测件为中心,实现了各种探测器的科学分布,系统结构优化;研制了探测系统、数据采集及分析处理、输出系统,已形成国内商品化的智能型、可视化自动测试仪器。