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基于光学材料阈值测量的激光聚焦方法研究

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-06-04 13:08:55 * 浏览: 0
引言在光学窗玻璃,光学薄膜和其他光学材料的激光损伤阈值测量中,光学窗玻璃,薄膜基板和晶体可以产生非线性效应,例如在强激光的作用下自聚焦。自聚焦效应使入射激光在材料内部形成会聚作用,加速材料的损伤,从而影响表面损伤阈值的测量。为了减小这种影响对阈值测量的影响,使用大数值孔径,短焦距镜头来聚焦激光束,并且样品的表面位于激光焦点位置。在短焦距镜头聚焦的情况下,激光束在聚焦前后快速发散,强度迅速下降。在阈值测量过程中,小的定位误差将导致严重的阈值测量误差。当焦点处的激光功率密度达到一定水平时,聚焦位置的材料可被电离以发射可见的等离子光,其已用于手动聚焦操作。在操作中,表演者需要在移动材料位置的同时观察光斑区域,并在出现诸如白光的等离子光时停止移动,并完成焦点在材料表面上的定位操作,并且该方法可以具有不同的执行效果取决于表演者。作为一种改进,一些学者使用光电传感器来检测等离子光,这使得能够自动定位焦点位置。然而,该方法可能由于激光聚焦区域本身的某个空间尺度的存在而引起定位误差,并且不可能确定材料表面是否位于聚焦区域的中心。特别是在短焦距镜头聚焦条件下,由于激光束在聚焦前后快速发散,定位误差将导致实际作用在材料表面上的激光光斑尺寸大于焦斑尺寸,从而影响表面损伤阈值的测量结果。另一方面,由于相同的激光强度在不同材料的表面上激发的等离子光的强度不同,所以定位效果可以根据材料而变化。另外,不能直接观察聚焦区域的尺寸和从材料表面到聚焦的距离,并且难以控制定位误差。在本文中,激光激光电离产生的等离子体的亮点和通过材料表面的亮点形成的镜像被用作焦点定位的参考对象,并且由于排除了光学材料的不同电离特性,可以在显微镜下直接观察两者。亮点彼此接近的过程使得定位误差可控。 1原理当入射激光是平面波时,由镜头聚焦在焦点处形成的艾里斑的直径为:其中,λ是激光波长,(对于聚焦系统的焦点,D是焦点系统)光圈。理论上,焦点光斑尺寸与会聚系统的焦距成正比。焦距越小,聚焦点的尺寸越小。实际上,激光输出激光束不是理想的平面波,因此焦点大于理论值。聚焦光斑尺寸实际上是光束质量,并且会聚系统是共同确定的,因此聚焦时的激光功率密度也由两者和激光输出功率的组合决定。使用大数值孔径,短焦距系统聚焦激光束以形成较小的聚焦光斑尺寸和较大的会聚角。焦点区域较小,更容易增加激光功率密度,形成空气电离,会聚角度更大,使激光束更容易在焦点前后快速发散,有效抑制激光束的影响。非线性光学效应对阈值测量的影响。分析,本文提出了一种新的激光聚焦定位方法,并建立了光学系统。激光束输出激光垂直入射到聚光透镜上,并被聚焦,然后入射到待测材料的表面上。提高激光功率会使焦点处的空气电离并产生等离子体。亮点,等离子体亮点通过待测材料的表面形成镜像。通过带有显微镜的CCD成像系统实现聚焦过程的监控,并根据镜像原理调整CCD显微成像系统,使两个亮点同时位于CCD相机的视场内,此时,光学材料的表面将垂直均匀地划分连接等离子体的亮点与亮点的线。控制样品接近等离子体的亮点,同时观察两个亮点接近成像系统的输出图像的过程,当两者相互重叠时。此时,完成焦点处的材料表面的定位操作。 2光学系统设计和聚焦方法2.1)激光聚焦光学系统