專利名稱：光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的評價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜的光學(xué)性能評價(jià)，特別是一種光學(xué)薄膜抗重復(fù)
頻率激光損傷特性的評價(jià)方法。
背景技術(shù)：
重復(fù)頻率激光器在科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，其激光輸出 能量也在不斷提高，但是用于重復(fù)頻率激光器的光學(xué)元件尤其是光學(xué)薄 膜元件的抗激光損傷特性是重復(fù)頻率激光器輸出能量提高的瓶頸因素。 一直以來，采用重復(fù)頻率激^損傷閾值來評價(jià)光學(xué)薄膜的抗重復(fù)頻率激
光損傷特性，ISO 11254-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光學(xué)薄膜元件的重復(fù)頻率激光損傷
閾值的測量方法。該測量方法需要首先統(tǒng)計(jì)出激光損傷在脈沖次數(shù)和能
量密度兩個(gè)維度上的分布。脈沖次數(shù)是指在一個(gè)脈沖序列中，第一個(gè)引
起光學(xué)元件發(fā)生破壞的脈沖在脈沖序列中的次序，記錄破壞的脈沖次數(shù)
需要借助特殊的在線探測設(shè)備；而能量密度通過能量計(jì)來記錄。當(dāng)激光
損傷在脈沖次數(shù)和能量密度兩個(gè)維度上的分布得到后，通過IS0 11254-2
規(guī)定的損傷特征曲線方法或外推方法獲得元件的激光損傷閾值，從而對
薄膜元件的抗重復(fù)頻率激光損傷特性做出評價(jià)。 該方法的缺點(diǎn)是
1. 需要借助特殊的在線探測設(shè)備來記錄損傷發(fā)生時(shí)的脈沖次序，增 加了物質(zhì)成本，尤其在高重復(fù)頻率(KHz)的情況下，對在線探測設(shè)備的 精度要求更加高；
2. 損傷特征曲線方法或外推方法等后期數(shù)據(jù)處理方法較為繁瑣，增加了時(shí)間成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種光學(xué)薄膜抗重復(fù) 頻率激光損傷特性的評價(jià)方法，該方法使評價(jià)光學(xué)薄膜產(chǎn)品抗重復(fù)頻率 激光的損傷特性更加簡單和實(shí)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的評價(jià)方法，該方法是用具 有一定能量密度的一串序列激光脈沖輻照待測薄膜樣品的不同測試點(diǎn)， 確定并記錄每個(gè)測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，計(jì)算出該能量密度下的弱損傷幾率；
多次改變激光的能量密度輻照待測薄膜樣品的不同測試點(diǎn)，確定并記錄
各測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，分別計(jì)算出每個(gè)能量密度下的弱損傷幾率；以能 量密度、弱損傷幾率分別為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)畫圖，得到弱損傷幾率隨激 光能量密度的變化曲線，用該幾率曲線的損傷幾率峰值所對應(yīng)的能量密 度來評價(jià)該光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性。該能量密度越大，光 學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性就越好。
一種光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的評價(jià)方法，其特點(diǎn)在于該 方法包括下列步驟
① 將具有一定能量密度和s個(gè)激光脈沖的一串序列脈沖輻照待測薄
膜樣品的一個(gè)測試點(diǎn)，S為大于l的正整數(shù)，當(dāng)該脈沖序列全部輻照完畢
后，對該測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)進(jìn)行確定和記錄，損傷狀態(tài)包括未損傷、弱
損傷和強(qiáng)損傷；
② 改變測試點(diǎn)，用相同的脈沖序列輻照待測薄膜樣品的其他N— l個(gè)測試點(diǎn)，N〉15，共得到N個(gè)測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，按以下公式計(jì)算出該能量 密度下的弱損傷幾率-
弱損傷幾率=弱損傷測試點(diǎn)的個(gè)數(shù)/&
③ 改變激光的能量密度，重復(fù)步驟①和②，得到其他能量密度下的弱
損傷幾率；
④ 以能量密度、弱損傷幾率分別為橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)畫圖，得到弱損 傷幾率隨激光能量密度的變化曲線，該幾率曲線的損傷幾率峰值所對應(yīng)
的能量密度，即表征該光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性該能量密
度越高，光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性就越好。 所述的S25，所述的N220。
所述的S和N對于不同的樣品應(yīng)取相同數(shù)值，測試結(jié)果之間才具有 較好的比較意義。
所述的未損傷，弱損傷和強(qiáng)損傷的具體定義，可以根據(jù)實(shí)際條件自 行制定，同一個(gè)定義下的測試結(jié)果之間才具有較好的比較意義。
本方法與傳統(tǒng)的采用重復(fù)頻率激光損傷閾值的評價(jià)方法相比，具有
以下優(yōu)點(diǎn)
1、 不需要特殊的在線探測設(shè)備來記錄損傷發(fā)生時(shí)的脈沖次序；
2、 測試方法簡單易行。


圖l是本發(fā)明光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的測試裝置示意圖 圖2是應(yīng)用本發(fā)明的測量方法得出的樣品a的弱損傷幾率曲線
圖3是應(yīng)用本發(fā)明的測量方法得出的樣品b的弱損傷幾率曲線
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請參閱圖1 ，圖l是本發(fā)明光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的測
試裝置的示意圖，圖中l(wèi)是He-Ne激光器，2是1064皿重復(fù)頻率固體脈沖 激光器(重復(fù)頻率為5Hz)， 3是激光功率計(jì)，4是顯微探測器，5是二維 移動樣品臺，6是聚焦透鏡，7是激光能量調(diào)節(jié)器，8是控制電腦，—9和10 是632. 8nm反射鏡，11是高透@632. 8nm/高反il064nm鏡片，12是1064nm 反射鏡，13是1064nm低反射鏡。按圖l搭建本發(fā)明光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激 光損傷特性的測試裝置。 實(shí)施例測試樣品
樣品a和樣品b，均為1064nm減反射膜。按照ISO 11254-2規(guī)定的方法 測試，測試結(jié)果是樣品a的激光損傷閾值為6.6 J/cm2，樣品b的激光損 傷閾值為3.6 J/cni2，說明樣品a的抗重復(fù)頻率激光損傷特性優(yōu)于樣品b。
1064nm重復(fù)頻率固體脈沖激光器2產(chǎn)生的激光脈沖依次經(jīng)過激光能 量調(diào)節(jié)器7，反射鏡12，透反射鏡ll后，再經(jīng)過聚焦透鏡6后匯聚為輻照 位于樣品臺5上的薄膜樣品的高斯光束，該高斯光束照射到所述的薄膜樣 品表面的光斑的直徑為575nm，能量密度由激光功率計(jì)3記錄的脈沖能量 除以光斑面積得到。1064nm低反射鏡13用來反射一小部分脈沖能量進(jìn)入 激光功率計(jì)3。對1064nm低反射鏡13來說，透過的脈沖能量和反射的脈沖 能量之比是恒定的，通過激光功率計(jì)3測量反射脈沖的能量間接得知輻照 在薄膜樣品上的脈沖能量。
He-Ne連續(xù)激光器l為照明光源，其發(fā)出的可見光(632. 8nm)，依次 經(jīng)過反射鏡9和反射鏡10后，在高透@632. 8皿/高反@1064皿的透反鏡11處與1064nm重復(fù)頻率固體脈沖激光器2產(chǎn)生的激光脈沖共線，再通過聚焦 透鏡6和1064nm低反射鏡13，照射在薄膜樣品(置于樣品臺5上)表面。 薄膜樣品在激光脈沖的作用下產(chǎn)生的損傷點(diǎn)或損傷破斑，會對該照明光 產(chǎn)生散射作用，這樣，顯微探測器4通過測量薄膜樣品表面的散射光來確 定損傷狀態(tài)。調(diào)節(jié)二維移動樣品臺5可以改變對待測薄膜樣品的不同測試 點(diǎn)進(jìn)行輻照和測量。激光能量的調(diào)節(jié)和記錄、激光脈沖的開和關(guān)、二維 移動平臺的調(diào)節(jié)均可由控制電腦8來自動控制。顯微探測器4產(chǎn)生的樣品 測試點(diǎn)的顯微圖像也由控制電腦8顯示，用肉眼對損傷狀態(tài)做出判斷。 本實(shí)施例對未損傷，弱損傷和強(qiáng)損傷的定義如下 未損傷定義沒有出現(xiàn)任何損傷點(diǎn)(直徑小于5微米)和損傷破斑(直
徑20微米以上)；
弱損傷定義只出現(xiàn)損傷點(diǎn)，且損傷點(diǎn)的數(shù)目少于3個(gè)； 強(qiáng)損傷定義出現(xiàn)不少于3個(gè)損傷點(diǎn)或出現(xiàn)損傷破斑。
本實(shí)施例選擇20個(gè)激光脈沖為一串激光脈沖序列(即S=20)來輻 照薄膜樣品的一個(gè)測試點(diǎn)，當(dāng)包含20個(gè)激光脈沖的序列全部輻照完畢 后，由顯微探測器4在照明光源1的輔助下檢測該測試點(diǎn)的損傷情況， 并按上面對未損傷、弱損傷和強(qiáng)損傷的定義進(jìn)行歸類和記錄。相同能量 密度的脈沖序列輻照25個(gè)測試點(diǎn)(即^25)，得到25個(gè)測試點(diǎn)的損傷 狀態(tài)，通過公式弱損傷幾率=弱損傷測試點(diǎn)的個(gè)數(shù)/25得到該能量密度 下的弱損傷幾率。
調(diào)節(jié)激光功率計(jì)7改變激光能量重復(fù)以上過程，得到不同能量密度 下的弱損傷幾率。
以能量密度、弱損傷幾率分別為橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，將測量結(jié)果展現(xiàn)在一張圖上，對樣品a和樣品b分別得出如圖2和圖3的弱損傷幾率曲 線。
測量結(jié)果
由圖2和圖3看出，樣品a和樣品b的弱損傷幾率曲線的峰值所對 應(yīng)的激光能量密度分別為22. 9 J/cm2和20. 1 J/cm2，按本發(fā)明評價(jià)方法 說明樣品a的抗重復(fù)頻率激光損傷特性優(yōu)于樣品b，該結(jié)論與傳統(tǒng)的 應(yīng)用ISO 11254-2方法得出的結(jié)論相同。這表明本發(fā)明方法與傳統(tǒng)的光
學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的評價(jià)方法具有相同的技術(shù)意義。 實(shí)施注意事項(xiàng)
1、 本發(fā)明不對S、 N的具體數(shù)值做強(qiáng)制規(guī)定。原則上，應(yīng)滿足S25， N>20。
2、 S、 N的取值越大，測量的重復(fù)性越好。
3、 S和N取相同數(shù)值時(shí)，測試結(jié)果之間才具有比較意義。
4、 未損傷、弱損傷和強(qiáng)損傷的具體定義，可以根據(jù)實(shí)際條件自行制 定。同一個(gè)定義下的測試結(jié)果之間才具有比較意義。
權(quán)利要求
1、一種光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的評價(jià)方法，該方法是用具有一定能量密度的一串序列激光脈沖輻照待測薄膜樣品的不同測試點(diǎn)，確定并記錄每個(gè)測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，計(jì)算出該能量密度下的弱損傷幾率；多次改變激光的能量密度輻照待測薄膜樣品的不同測試點(diǎn)，確定并記錄各測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，分別計(jì)算出每個(gè)能量密度下的弱損傷幾率；以能量密度、弱損傷幾率分別為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)畫圖，得到弱損傷幾率隨激光能量密度的變化曲線，用該幾率曲線的損傷幾率峰值所對應(yīng)的能量密度來評價(jià)該光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性，該能量密度越大，光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性就越好。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的評價(jià)方法，其特征在于該方法包括下列步驟① 將具有一定能量密度和S個(gè)激光脈沖的一串序列脈沖輻照待測薄 膜樣品的一個(gè)測試點(diǎn)，S為大于l的正整數(shù)，當(dāng)該脈沖序列全部輻照完畢 后，對該測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)進(jìn)行確定和記錄，損傷狀態(tài)包括未損傷、弱 損傷和強(qiáng)損傷；② 改變測試點(diǎn)，用相同的脈沖序列輻照待測薄膜樣品的其他N— l個(gè) 測試點(diǎn)，N〉15，共得到N個(gè)測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，按以下公式計(jì)算出該能量 密度下的弱損傷幾率弱損傷幾率^弱損傷測試點(diǎn)的個(gè)數(shù)/N;③ 改變激光的能量密度，重復(fù)步驟①和②，得到其他能量密度下的弱損傷幾率；④以能量密度、弱損傷幾率分別為橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)畫圖，得到弱損 傷幾率隨激光能量密度的變化曲線，該幾率曲線的損傷幾率峰值所對應(yīng) 的能量密度，即表征該光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性該能量密度越高，光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性就越好。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的評價(jià)方法，其特征在于所述的S25，所述 的N 2 20 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的評價(jià)方法，其特征在于所述的S和N對于 不同的測試樣品應(yīng)取相同數(shù)值，測試結(jié)果之間才具有較好的比較意義。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的評價(jià)方法，其特征在于所述的未損傷、弱 損傷和強(qiáng)損傷的具體定義，可以根據(jù)實(shí)際條件自行制定，同一個(gè)定義下 的測試結(jié)果之間才具有較好的比較意義。
全文摘要
一種光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷特性的評價(jià)方法，該方法是用具有一定能量密度的一串序列激光脈沖輻照待測薄膜樣品的不同測試點(diǎn)，確定并記錄每個(gè)測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，計(jì)算出該能量密度下的弱損傷幾率；多次改變激光的能量密度輻照待測薄膜樣品的不同測試點(diǎn)，確定并記錄各測試點(diǎn)的損傷狀態(tài)，分別計(jì)算每個(gè)能量密度下的弱損傷幾率；以能量密度和弱損傷幾率分別為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)制作弱損傷幾率隨激光能量密度的變化曲線，用該幾率曲線的損傷幾率峰值所對應(yīng)的能量密度來評價(jià)該光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性。該能量密度越大，光學(xué)薄膜抗重復(fù)頻率激光損傷的特性就越好。本發(fā)明使評價(jià)光學(xué)薄膜產(chǎn)品抗重復(fù)頻率激光損傷特性的方法更加簡單和實(shí)用。
文檔編號G01N17/00GK101526461SQ20091004869
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月1日
發(fā)明者燏 夏, 東 張, 賀洪波, 趙元安 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所