强激光辐照光学元件的损伤探测系统的研究文献翻译

光学薄膜的激光损伤阈值自动测试系统的研究

摘要

光学薄膜的激光损伤已被确认为高功率激光和整个光学系统的一个关键性能。激光损伤阈值(LIDT)是一个关键的参数，用来确定薄膜激光的损伤程度。这项工作的目的是设计和构建自动测试装置，用于提高对光学薄膜损伤阈值的测量的准确度和精度。激光薄膜损伤测试系统的开发就是基于该方法。控制高能量脉冲激光测量系统，激光能量衰减调节，激光损伤点图像采集和智能识别系统，样品的二维控制系统，控制单元的设计和建设，实现薄膜测量的高精度激光损伤阈值自动控制系统，可实现对薄膜激光损伤阈值的智能化，自动化测量。

关键字: 薄膜的损伤阈值，自动控制，智能判断，图像检测

1 介绍

光学薄膜的抗损伤的能力直接影响光学元件的寿命，限制了激光技术的发展，如何提高光学薄膜的抗损伤能力，精确地测量光学薄膜的激光损伤阈值（LIDT）是显得尤为重要。ISO9000国际质量标准体系在光学膜的测试中建立1对1，S-ON-1，N-对-1和R-对-1光学薄膜四种不同的激光损伤的检测方法。因为辐照膜的相同位点具有各自的能量,由于激光预处理导致了形成了一个小的误差在相同位点上。所以在使用激光损伤测试与S-ON-1、N-对-1和R-对-1，损伤阈值是不准确的。在1对1的方法中，测试点的激光辐射只有一次，多次曝光带来的热累积效应，杂质缺陷以及导致不准确的激光诱导损伤阈值能够有效地避免样本损坏。近年来，随着激光技术的发展，生产具有抗激光损伤性光学涂层在高功率激光尤其是军事引起了一个相当大的兴趣。众多的方法，如相差显微镜，散射光的测量和等离子体闪光灯已被提议作为诊断的激光损伤的检测和评价。然而，迄今为止激光损伤诊断系统基于图像的实时损伤阈值测试仍然处于初始阶段。一个主要的原因是相衬显微镜是用肉眼比较检测区域位点照射前的状况，因此，这是很难达到的速度、高效、准确、智能和自动测量的结果。这项工作的目的是用1对1的测试模式,探讨功能和相衬显微镜检测项目为激光损伤测试，进一步基于实时图像法检测开发的自动测量和控制系统激光诱导光学薄膜的损伤所服务的。

2 激光阈值测试系统的设计

2.1 在线图像检测方法

目前，相衬显微镜激光损伤判断方法是通过使用相差显微镜比较形态学的改变，在激光辐照前后样品测试点判断损伤是否发生。根据国际标准ISO11254：激光损伤是使用规定的检测技术可以检测样品的任何激光引起的表面特征变化。在线图像检测方法是基于相衬显微镜使用CCD采集样本激光辐照前后的图像信息通过计算机比较照射样品形态学, 以确定是否发生损坏。测试点的激光能量需要在一定的范围, 按照1对1的方法，采取激光能量逐步提高的原则,有序测量N×N测试点。由于显微镜通常采用人工视觉方式，测试点的激光能量和辐照也采用手动调整模式，大大降低了效率和测量精度。为了实现在线图像检测方法的目的自动测量激光诱导损

伤阈值，必须解决激光能量自动控制和图像智能判断。

2.2测试系统的控制功能

为了实现基于１对１在线图像检测的方法和相衬显微镜用于测量激光诱导损

伤阈值，主要是为了解决一些问题。首先是激光能量的控制和测量，在1对1的方式中，需要访问不同的能量水平的激光束照射测试样本。第二，要实现一个N×N 的多点测试，样品机必须能够满足运动的二维方向。第三，在线图像检测方法的重点是实现和前后激光照射测试点的图像进行比较，使用CCD传感器更换相衬显微镜的传统视觉方式，CCD的控制是在测试系统的关键。在GB/T16601-1996及

ISO11254测试方法的规定是一个稳定和重复频率激光发出的光束，然后经过扩大，衰减器的衰减，聚焦测试样品的表面上。衰减器和焦点系统用于调整激光能量、激光输出能量的变化区域必须足够广泛，以确保在测试的能量密度可引起零损伤概率和100％的伤害。采样前通过分束器激光辐射，并引入到光束诊断系统，该系统可以确定激光束的能量，得到实时监测激光的能量密度，激光辐射前后观察样品形态的信息来确定是否发生的损害。根据测试的理论，基于相差显微镜图像的在线检测方法中，采用图1所示的硬件系统理论被用来实现测试该薄膜的激光损伤。

图1硬件原理图

测试系统硬件包括：激光器、衰减器单元，损伤判断单元和二维采样的机器。发出激光的高能量激光经过挡板开关、衰减器、分束和聚焦，汇聚后的样品机。CCD 用于收集样品形态的信息并传输到计算机，激光能量计测量的实际发射的激光数量，然后反馈到计算机，光束分析仪用于分析激光光束质量和监测激光输出参数。

2.3控制系统软件的实现

为了实现测试的自动化测试系统，用VB编程，通过IPC发送命令给硬件控制单元，实时采集激光的工作状态。衰减器调整激光辐射能量根据不同的实验要求，能量计测量实时激光辐射的能量，光束分析仪光束特性。CCD获取样品辐照前后的形貌信息, 智能判断损伤检测系统是否发生了损害，并记录损坏数据，如能源，毁伤概率。计算机控制两个步进电机X和Y实现样品在一个二维的运动。

图2 基于CCD图像的激光损伤自动测试系统

3 薄膜激光损伤测试和数据处理

这个测试系统实现功能包括，首先，根据相差显微镜方法，通过CCD图象传感器网络视频监控测试点，来确定测试点的损伤是否在特定的激光能量范围照射后发生。其次，在1对1的方法，并在一定范围内的激光能量，从初始能量（总N）的有序增加激光的能量水平，并通过测量N个不同的测试点上的薄膜表面下每能级损伤测定的，辐射对不同级别的能量后，得到毁伤概率。第三，通过数学回归根据测试结果来计算薄膜的激光损伤阈值。需要通过测试过程如下。

A.系统

B.评估激光损伤自检和复位，初始化和参数设置的阈值

C.工作参数设置

D. 测试

E. 计算阈值

图3 实验步骤(a)和光学薄膜损伤阈值回归计算流程图（b）为了进一步说明了测试程序，做HfO2介电薄膜的实验，用高折射率和高抗激光损伤的功能，一个普通的激光薄膜。制造测试样品（HfO2）在南港ZZS500-2/ G 机型涂布机，具体工艺条件，真空度：2.0×10-2 PA，氧气流量：7.5 SCCM，电子枪束时：120mA〜200mA的衬底温度：200°C。

图4损伤显微摄影（X轴是一个相同的能量水平，Y轴是一个不同的能量水

平放大10倍的数值孔径0.30）

图4损伤显微摄影

图4是在不同的能量级的激光轰击后样品的表面显微照片，激光能量不同，膜

的损伤点形态具有明显的差异，激光能量越高，膜伤害越大。激光的工作并不稳定，