专利名称：光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光学检测，特别是一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置。
背景技术：
熔融石英和氟化钙是作为准分子激光腔内光学元件和激光核聚变大型装置内光学元件的主要材料。光学材料的缺陷中心会引起光学吸收，从而影响光学元件的透过率，在高能量密度激光作用下甚至会产生瞬时或永久的光学损伤，从而会降低光学元件的透射率或系统效率。为了判断和甄选激光腔内适用的高透过率光学材料，以及快速检测激光调制的光学元件的光致损伤程度，从而为损伤元件进行修复提供参考。因而，对光学材料的激光 感生荧光信号的探测和光致损伤的检测具有重要意义。检测光学损伤的常用方法是利用光谱仪测量样品的透过率，参见在先技术‘微区光学损伤的测试方法和装置’[中国专利申请号201010506478]。该技术首先需要利用光学显微镜寻找光学损伤的物理位置并进行标记，并利用光谱仪测量样品损伤前后的透射光谱来计算样品的透射率。该方法无法直观地反映微观的光致损伤，光致损伤区域的检测需要进行多次操作也增加了检测的复杂性。光学材料的缺陷和损伤可引起对传输光束的吸收，并通过下转换福射突光。突光带的个数和荧光峰的强度可直观地反映材料的光致缺陷浓度和光致损伤程度，参见文献^Laser-induced fluorescence of fused silica irradiated by ArF excimer laser’[J. AppI. Phys. 110, 013107 (2011)]。因此，通过分析待测光学材料的激光感生荧光谱能够方便地判断和比较相同材料不同牌号的样品的缺陷浓度、吸收率和透过率，从而为激光腔内选择具有高透过率、高损伤阈值的光学材料提供参考。另一方面，准确地诊断材料的光致损伤的程度，有助于对受损的光学元件开展修复或更换工作。

发明内容
本发明的目的在于提供一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，该装置可精确、高速、便捷地测量检测光学元件的缺陷和光致损伤信息。本发明的技术解决方案如下
一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特点在于该检测装置由激光器、聚焦透镜、待测光学样品、载物台、成像透镜、光纤、光栅光谱仪和计算机组成，上述各部件的位置关系如下
激光器输出的探测光束经聚焦透镜聚焦后，入射到置于载物台上的待测光学样品，激光激发待测光学样品产生的荧光信号经成像透镜后由光纤导入所述的光栅光谱仪，由该光栅光谱仪输出的荧光信号的光谱和荧光强度信息送所述的计算机显示。所述的激光器是具有高脉冲能量、高光子能量的准分子激光器或倍频YAG激光器，其激光脉冲能量和脉冲重复频率可调。所述的待测光学样品为熔融石英或者氟化钙晶体等紫外光学材料。
所述的载物台为空间XYZ三维行程可调的平台。所述的光纤为抗紫外辐射的石英光纤，该光纤在190nm-1100nm较宽的光谱范围内均有较好的透射性，并且紫外激光辐照后透射率不会出现明显的老化。所述的光栅光谱仪的波长响应范围为190nm-1100nm。准分子激光输出的光束经透镜聚焦后，入射到位于载物台上的待测样品。样品在生长的过程中会形成本征缺陷，而且样品经激光辐照之后可产生光致缺陷损伤。样品内的光学缺陷或光学损伤产生对入射光的吸收，被吸收的光可激发荧光。这些荧光经成像透镜会聚，信号经光纤导入光栅光谱仪进行测量，利用计算机对光栅光谱仪测量的荧光峰的中心波长、荧光峰的强度和荧光带的数量进行分析。由于荧光的强度能够反映样品的吸收强度，而荧光带的中心波长可分析光学缺陷的种类，因而根据激光感生荧光光谱可 分析样品光学缺陷和光学损伤的强度。本发明也可实现对光学元件进行光学损伤信息的在线检测。
具体实施方式
是将准分子激光输出的光束经透镜聚焦后，入射到已装配的光学元件。利用光栅光谱仪分析已装配的光学元件的荧光光谱，即可实时分析该元件的光致损伤信息。本发明的技术效果
本发明通过探测和分析光学材料的荧光带的数量以及荧光峰的强度，可分析待测样品的光学缺陷浓度和光致损伤情况。本发明可实现对特定激光波长适用的光学材料的甄选和对材料因强激光辐照弓I起的光致损伤的在线检测。


图I为本发明光学材料的缺陷和光致损伤检测装置的结构示意 图2为ArF准分子激光激发不同类型的材料的荧光光谱 图3为光学样品光致损伤前后经ArF准分子激光激发产生的荧光光谱 图4为本发明光学材料的缺陷和光致损伤检测装置的第二实施方案示意图。
具体实施例方式请参阅图1，图I是本发明的光学材料的缺陷和光致损伤检测装置的结构示意图。由图可见，本发明光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，由激光器I、聚焦透镜2、待测光学样品4、载物台3、成像透镜5、光纤6、光栅光谱仪7和计算机8组成，上述各部件的位置关系如下
激光器I输出的探测光束经聚焦透镜2聚焦后，入射到置于载物台3上的待测光学样品4，激光激发待测光学样品4产生的荧光信号经成像透镜5后由光纤6导入所述的光栅光谱仪7，由该光栅光谱仪7输出的荧光信号的光谱和荧光强度信息送所述的计算机8显示。所述的激光器I是具有高脉冲能量、高光子能量的准分子激光器或倍频YAG激光器，其激光脉冲能量和脉冲重复频率可调。所述的待测光学样品4可为熔融石英或者氟化钙晶体等紫外光学材料。所述的载物台3为空间XYZ三维行程可调的平台。所述的光纤6为抗紫外辐射的石英光纤，该光纤在190nm-1100nm较宽的光谱范围内均有较好的透射性，并且紫外激光辐照后透射率不会出现明显的老化。
所述的光栅光谱仪7的波长响应范围为190nm-1100nm。激光器I输出的光束经透镜2聚焦后，入射到位于载物台3上的待测光学样品4，样品内的光学缺陷或光学损伤可激发对入射光的吸收，被吸收的光激发荧光。该荧光经成像透镜5会聚，信号经光纤6导入光栅光谱仪7进行测量记录，通过计算机8对光栅光谱仪7测量的荧光峰的中心波长、荧光峰的强度和荧光带的数量进行分析和显示。 本发明可分析判定不同类型的光学材料在特定激发波长下的光学透明性，请参阅图2、在相同能量和重频的ArF激光脉冲激发下，氟化钙晶体、高纯熔融石英和掺锗熔融石英的荧光信号迥异。氟化钙晶体由于光学缺陷较少几乎观测不到荧光峰；高纯熔融石英由于光学缺陷对ArF激光有一定的吸收，观测到了三个荧光峰；而掺锗熔融石英由于掺杂引入了新的缺陷中心，其荧光光谱表现出荧光信号强和荧光峰的数量多的特点。因此，通过测量相同尺寸不同材料的荧光光谱，分析荧光峰的强度和荧光带的数量可比较材料的光学透明性。光学透明性较好的材料所产生的荧光峰强度较弱，而且由杂质吸收所导致的光学吸收和荧光带数量较少。本发明可分析和判断待测样品的光致损伤情况，请参阅图3。为了便于比较和分析强激光辐照过的光学样品的光致损伤情况，先测量一组未被激光辐照的同种类型和等级的材料加工的光学元件的荧光光谱作为参考值。然后再测量强激光辐照的光学样品荧光光谱。比较待测样品的荧光峰的强度，如果测量值比参考值强的多，说明待测样品中已经产生了一定程度的光致损伤，且损伤的程度与二者的比值有关。由于荧光的强度能够反映样品的吸收强度，而荧光带的中心波长可分光学缺陷的种类。例如对于熔融石英材料，准分子激光辐照激发的荧光带281nm和478nm由缺陷氧空位中心(ODC)引起，而荧光带650nm由非桥接性氧缺陷中心(NBOHC)引起，参见文献‘L.Skuja, Optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicondioxide, [J. Non-Cryst. Solids 239, (1998)]’。而 ArF 准分子激光福照氟化I丐晶体时，缺陷Mna可激发中心波长分别位于620nm和740nm的突光带,参见文献‘C. Miihlig, W.Triebel, H. Stafast, and M. Letz, Influence of Na-related defects on ArF laserabsorption in CaF2, AppI. Phys. B. 99，(2010)’。因此，根据激光感生荧光光谱可分析样品光学缺陷和光学损伤的强度。本发明也可实现对光学元件进行光学损伤信息的在线检测，请参阅图4。
具体实施方式
是将激光器I输出的光束经透镜2聚焦后，入射到已装配的光学元件9，例如棱镜。利用光栅光谱仪7分析已装配的光学元件9的荧光光谱，即可实时分析该元件的光致损伤信
肩、O实验表明，本发明通过探测和分析激光辐照待测光学样品产生的荧光光谱信息，不仅可分析判定不同类型的光学材料在特定工作波长下的光学透明性；而且可分析和判断待测样品的光致损伤情况。本发明可实现对特定激光波长适用的光学材料的甄选和对材料因强激光辐照引起的光致损伤的在线检测。
权利要求
1.一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特征在于该检测装置由激光器(I)、聚焦透镜(2)、载物台(3)、待测光学样品(4)、成像透镜(5)、光纤(6)、光栅光谱仪(7)和计算机(8)组成，上述各部件的位置关系如下 激光器(I)输出的探测光束经聚焦透镜(2)聚焦后，入射到置于载物台(3)上的待测光学样品(4)，激光激发待测光学样品(4)产生的荧光信号经成像透镜(5)后由光纤(6)导入所述的光栅光谱仪(7)，由该光栅光谱仪(7)输出的荧光信号的光谱和荧光强度信息送所述的计算机(8)显示。
2.根据权利要求I所述的光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特征在于所述的激光器(I)是具有高脉冲能量、高光子能量的准分子激光器或倍频YAG激光器。
3.根据权利要求I所述的光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特征在于所述的待测光学样品(4)为熔融石英、或氟化钙晶体的紫外光学材料。
4.根据权利要求I所述的光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特征在于所述的载物台(3 )为空间XYZ三维行程可调的平台。
5.根据权利要求I所述的光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特征在于所述的光纤(6)为抗紫外辐射的石英光纤，该光纤在190nm-1100nm较宽的光谱范围内均有较好的透射性，并且紫外激光辐照后透射率不会出现明显的老化。
6.根据权利要求I所述的光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，其特征在于所述的光栅光谱仪(7)的波长响应范围为190nm llOOnm。
全文摘要
一种光学材料的缺陷和光致损伤的检测装置，由激光器、聚焦透镜、待测光学样品、载物台、成像透镜、光纤、光栅光谱仪和计算机组成。通过探测和分析激光辐照待测光学样品产生的荧光光谱信息，不仅可分析判定不同类型的光学材料在特定工作波长下的光学透明性；而且可分析和判断待测样品的光致损伤情况。本发明可实现对特定激光波长适用的光学材料的甄选和对材料因强激光辐照引起的光致损伤的在线检测。
文档编号G01N21/64GK102680447SQ201210174949
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者何兵, 周军, 张海波, 杜松涛, 楼祺洪, 漆云凤, 袁志军, 魏运荣 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所