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基于光学材料阈值测量时激光对焦方法研究

时间:2021-04-04 00:00 点击次数:
  本文摘要:章节 在光学窗口玻璃薄膜以及晶体等光学材料的表面激光受损阈值测量中,光学窗口玻璃、薄膜衬底以及晶体等材料在强劲激光起到持续性产生非线性效应,如自聚焦效应。自聚焦效应不会使入射光激光在材料内部构成聚在一起起到,加快材料受损,从而影响表面受损阈值的测量。 为了减少该效应对阈值测量的影响,一般使用大数值孔径较短焦距透镜对激光束展开探讨,并将样品表面定位在激光焦点方位。较短焦距透镜探讨条件下,焦点前后激光束很快收敛,从而强度很快上升。

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章节  在光学窗口玻璃薄膜以及晶体等光学材料的表面激光受损阈值测量中,光学窗口玻璃、薄膜衬底以及晶体等材料在强劲激光起到持续性产生非线性效应,如自聚焦效应。自聚焦效应不会使入射光激光在材料内部构成聚在一起起到,加快材料受损,从而影响表面受损阈值的测量。

为了减少该效应对阈值测量的影响,一般使用大数值孔径较短焦距透镜对激光束展开探讨,并将样品表面定位在激光焦点方位。较短焦距透镜探讨条件下,焦点前后激光束很快收敛,从而强度很快上升。

阈值测量过程中,较小的定位误差将带给相当严重的阈值测量误差。  当焦点处的激光功率密度超过一定水平时,可使正处于焦点方位的材料再次发生电离,从而升空出有肉眼可仔细观察的等离子体光线,该效应已被用来展开手动对焦操作者。

操作者中执行者必须边移动材料方位边仔细观察光斑区域,当经常出现等离子光线如白光时即暂停移动,已完成焦点在材料表面的定位操作者,该方法会因执行者的有所不同而经常出现有所不同的继续执行效果。作为改良,有学者利用光电传感器观测等离子体光线,需要构建焦点方位的自动定位。但是,该方法会因激光焦点区域本身不存在一定空间尺度而带给定位误差,无法确认材料表面否定位在焦点区域中心方位。

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特别是在是在短焦距透镜探讨条件下,由于激光束在焦点前后较慢收敛,该定位误差将使实际起到在材料表面的激光光斑尺寸小于焦点光斑尺寸,从而影响表面受损阈值的测量结果。另一方面,由于完全相同的激光强度在有所不同材料表面唤起出有的等离子体光线强度有所不同,因此定位的效果也不会因材料有所不同而经常出现差异。此外,焦点区域的大小以及材料表面到焦点的距离无法必要追踪观测,定位误差无法掌控。

本文中利用激光对空气电离所产生的等离子体亮点以及该亮点通过材料表面构成的镜像作为参照物展开焦点定位,回避了因光学材料电离特性有所不同的定位差异性,并且在显微镜下可必要仔细观察两个亮点互相附近的过程,使定位误差可以掌控。  1原理  当入射光激光为平面波时,经过透镜聚在一起在焦点处构成的艾里斑直径为:  式中,为激光波长,(为探讨系统焦距,D为探讨系统孔径。在理论情况下,探讨光斑大小与聚在一起系统焦距成正比,焦距就越小,获得的探讨光斑尺寸也就越小。

实际情况下,激光器输入激光束不是理想平面波,因此探讨光斑要小于理论值。探讨光斑大小实际由光束质量和聚在一起系统联合要求,从而焦点处的激光功率密度也由两者与激光器输出功率联合要求。

  使用大数值孔径较短焦距系统对激光束展开探讨,可构成更加小的探讨光斑尺寸以及更大的聚在一起角度。焦点光斑面积更加小,更容易提高激光功率密度从而构成空气电离;聚在一起角度更大,更容易使激光束在焦点前后很快收敛,有效地诱导非线性光学效应对阈值测量的影响。

  基于以上分析,本文中明确提出了一种新的激光焦点定位方法并搭起了光学系统。激光器输入的激光束横向入射光到会聚透镜上,探讨后入射光到待测材料表面。

增高激光功率使焦点处的空气再次发生电离并产生一等离子体亮点,该等离子体亮点通过待测材料表面构成镜像。对焦过程的监测由带上显微镜头的CCD光学系统构建,调整CCD显微镜光学系统使两个亮点同时坐落于CCD照相机的视场中,根据镜面光学原理,此时光学材料表面将横向并等分等离子体亮点和亮点镜像的连线。掌控样品向等离子体亮点附近,同时仔细观察光学系统输入画面中两个亮点渐渐附近的过程,当二者互相重合时,即已完成材料表面在焦点处的定位操作者。  2光学系统设计与对焦方法  2.。


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