基于光学材料阈值测量的激光聚焦方法研究

简介在光学窗玻璃，光学膜和其他光学材料的激光损伤阈值测量中，光学窗玻璃，薄膜基板和晶体会在强激光的作用下产生非线性效应，例如自聚焦。自聚焦效应使入射的激光在材料内部形成会聚作用，加速了材料的损伤，从而影响了表面损伤阈值的测量。为了减小该影响对阈值测量的影响，使用大的数值孔径“，使用短焦距透镜聚焦激光束，并将样品的表面置于激光聚焦位置。在短焦距镜头聚焦条件下，聚焦前后激光束迅速发散，强度迅速减小。在阈值测量过程中，较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，位于焦点位置的材料可以被电离以发射可见的等离子光，该光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斑点区域，并且当诸如白光的等离子光出现时停止移动，并完成焦点在材料表面上的定位操作，该方法可以根据表演者的不同，执行效果也不同。作为改进，一些学者使用光电传感器检测等离子体光，从而可以自动定位焦点位置。但是，由于激光聚焦区域本身存在一定的空间尺度，因此该方法可能引起定位误差，并且无法确定材料表面是否位于聚焦区域的中心。尤其是在短焦距镜头聚焦条件下，由于激光在聚焦前后会迅速发散，因此定位误差将导致实际作用在材料表面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体光的强度不同，因此定位效果可能根据材料而变化。另外，不能直接观察到聚焦区域的大小和从材料表面到聚焦点的距离，并且难以控制定位误差。在本文中，由激光的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，并且可以在显微镜下直接观察到两者。亮点彼此靠近的过程使定位误差可控。 1原理当入射激光是平面波时，由聚焦在透镜上的透镜形成的艾里斑的直径为：其中，λ是激光波长，（对于聚焦系统的聚焦，D是聚焦系统光圈。从理论上讲，光斑大小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，激光输出的激光束不是理想的平面波，因此焦点大于理论值。焦点的大小实际上是光束质量，并且会聚系统是共同确定的，因此焦点处的激光功率密度也由两者和激光输出功率的组合来确定。使用大数值孔径quot，短焦距系统会聚焦激光束，以形成较小的聚焦光斑大小和较大的会聚角。焦点区域较小，更容易增加激光功率密度以形成空气电离，并且会聚角较大，这使激光束在聚焦前后迅速发散，有效地抑制了激光束的影响。非线性光学效应对阈值的测量。分析表明，本文提出了一种新的激光焦点定位方法，并建立了光学系统。激光束输出激光垂直入射到聚光镜上，然后聚焦，然后入射到待测材料的表面。提高激光功率会使焦点处的空气电离并产生等离子体。亮点是等离子亮点，穿过待测材料的表面形成镜像。聚焦过程的监控是通过带有显微镜的CCD成像系统实现的，并根据镜像原理调整CCD显微成像系统，以便在CCD摄像机的视场中同时定位两个亮点，此时，光学材料的表面将垂直等分连接等离子体的亮点和亮点的线。控制样品接近等离子体的亮点，同时观察当两个亮点彼此重叠时，两个亮点接近成像系统输出图像的过程。此时，焦点处的材料表面的定位操作完成。 2光学系统设计与聚焦方法2.1）激光聚焦光学系统