專利名稱：一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光學(xué)材料激光預(yù)處理領(lǐng)域，特別是一種通過激光能量回收重復(fù)利用來大幅度提高大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理速度的裝置。
背景技術(shù)：
大口徑光學(xué)元件是各類大型激光系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵元件。其光學(xué)特性是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求常常是相關(guān)大型激光系統(tǒng)能否成功運(yùn)行的關(guān)鍵。大口徑光學(xué)元件，特別是用于強(qiáng)激光系統(tǒng)的大口徑光學(xué)元件，通常對其光學(xué)吸收特性及微觀缺陷要求較高，一方面 要求平均吸收較小，另一方面希望吸收特性比較均勻，盡量減少局部較大吸收缺陷的存在，以免產(chǎn)生局部激光破壞或者局部激光光束質(zhì)量的下降。改善大口徑光學(xué)元件吸收特性及微觀缺陷的有效方法之一就是激光預(yù)處理技術(shù)。該技術(shù)采用合適的激光預(yù)處理工藝，對大口徑光學(xué)元件在合適的激光參數(shù)下進(jìn)行100%覆蓋的表面預(yù)處理，從而大幅度提高該光學(xué)元件的抗激光損傷能力。這種激光預(yù)處理工藝和設(shè)備不僅是提高激光薄膜激光損傷閾值的常用手段，更是大型強(qiáng)激光工程系統(tǒng)中必備的工具。對于光學(xué)元件，特別是對用于強(qiáng)激光系統(tǒng)的微弱吸收光學(xué)元件，其激光預(yù)處理系統(tǒng)對所用激光器的性能要求很高，特別是系統(tǒng)輸送到被處理樣品表面的激光功率密度或能量密度必須達(dá)到合理的水平激光預(yù)處理一般都是在“亞破壞閾值”條件下進(jìn)行，即樣品表面的激光功率密度或能量密度低于但卻接近被處理元件激光損傷閾值。由于用于大型強(qiáng)激光系統(tǒng)中的微弱吸收光學(xué)元件通常破壞閾值要求較高，通常的商用激光器必須聚焦在樣品表面上才能夠滿足激光預(yù)處理所要求的激光功率或能量密度要求。例如，對納秒量級的波長I. 06微米的強(qiáng)激光元件，普通商用激光器一般要在樣品表面聚焦到I毫米X I毫米以下才能滿足激光預(yù)處理的要求。這樣一來，激光應(yīng)用于大口徑光學(xué)元件的預(yù)處理時(shí)將會受到很大限制。主要原因是預(yù)處理速度太慢。一方面由于激光器一般要在樣品表面聚焦到很小，以達(dá)到預(yù)處理所要求的激光功率密度或能量密度；另一方面激光預(yù)處理工藝通常需要在同一點(diǎn)輻照多次，同時(shí)又要對樣品上每一點(diǎn)都覆蓋到，因此需要進(jìn)行二維掃描。這樣的二維掃描過程通常需要花費(fèi)很長的時(shí)間。表I計(jì)算了在不同激光處理工藝條件下完成一件面積為(I米X I米)的光學(xué)元件激光處理所需要的時(shí)間，表中時(shí)間單位為小時(shí)。由表中可以看出，使用IHz重復(fù)頻率激光器，即使光斑尺寸為I毫米X I毫米，完成一件面積為(I米X I米)的光學(xué)元件的預(yù)處理所需要的時(shí)間分別為當(dāng)采用輻照模式1-on-l時(shí)需要277. 78小時(shí)；當(dāng)采用輻照模式N-on-l(N=5)時(shí)需要1388. 89小時(shí)；當(dāng)采用輻照模式R_on_l (R=IO)時(shí)需要2777. 78小時(shí)。當(dāng)使用30Hz重復(fù)頻率激光器，光斑尺寸保持為I毫米X I毫米，完成一件面積為(I米X I米)的光學(xué)元件的預(yù)處理所需要的時(shí)間分別為當(dāng)采用輻照模式1-on-l時(shí)需要9. 26小時(shí)；當(dāng)采用輻照模式N-on-l (N=5)時(shí)需要46. 30小時(shí)；當(dāng)采用輻照模式R-on-l(R=IO)時(shí)需要92. 59小時(shí)。這里特別需要指出的是，科學(xué)研究表明在多數(shù)情況下激光預(yù)處理效果以R-on-l的輻照模式最為顯著。而上述計(jì)算表明，R-on-l的輻照模式恰恰也是費(fèi)時(shí)最長的激光預(yù)處理模式。由以上計(jì)算及分析可以看出，激光預(yù)處理技術(shù)直接用于大口徑光學(xué)元件的處理在實(shí)際應(yīng)用中耗時(shí)過長，特別是當(dāng)采用R-on-l的輻照模式時(shí)，距離實(shí)用要求還相差甚遠(yuǎn)。表I.在不同激光處理工藝條件下完成一件(I米X I米)光學(xué)元件激光處理所需要的時(shí)間，單位為小時(shí)。(說明輻照模式1-on-l是指對樣品的每一點(diǎn)只在特定激光能量密度下輻照處理一次；輻照模式N-on-l是指對樣品的每一點(diǎn)都在特定的激光能量密度下輻照處理N次，表中計(jì)算處理時(shí)間時(shí)使用了 N=5 ;輻照模式R-on-l是指對樣品的每一點(diǎn)都按從小到大不同的激光能量密度進(jìn)行輻照處理R次，表中計(jì)算處理時(shí)間時(shí)使用了 R=10)。
敝t理激娜照模式
重復(fù)S率(Hz) 樣品上的光斑尺寸----
1-on-l N-on-l (N=5) R-on-l (R=IO)
300 徽米 I 300 微米 3086.4215432.1030864. 20
I500 微米 I 500 微米 1111.115555. 5611111.11
I 毫米 X I 竜米 277.781388.892777.78
300 微米 I 300 微米 308.641543. 213086.42
10500 微米 I 500 微米 111. 11555. 561111.11
I 竜米 X I 童米27.78138.89277.78
300 微米 X 300 微米 102.88514.401028.81
500 微米 I 500 微米 37.04185.19370.37
I 棄米 I I 毫米9.2646.3092.59

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，解決利用激光預(yù)處理技術(shù)提高大口徑光學(xué)元件激光損傷閾值過程中因?yàn)楹臅r(shí)過長而不能滿足實(shí)際使用要求的問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，包括有預(yù)處理激光光源和相對被處理樣品表面設(shè)置的激光能量回收反射鏡。所述的激光光源的后端設(shè)置有預(yù)處理激光光束能量調(diào)整控制系統(tǒng)和預(yù)處理激光光束處理系統(tǒng)。所述的激光光源的后端設(shè)置有光學(xué)楔板，光學(xué)楔板的第一反射輸出端后設(shè)置有CCD成像系統(tǒng)，其第二反射輸出端后設(shè)置有分光裝置，分光裝置的兩分光輸出端后分別設(shè)置有光電探測器和激光能量測量系統(tǒng)。所述的預(yù)處理激光束光能量回收反射鏡的側(cè)部設(shè)置有激光光束吸收裝置。所述的大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置還包括有相對被處理樣品背面設(shè)置的照明及成像系統(tǒng)。本實(shí)用新型的原理見圖I所示用于激光處理的激光光束入射到被處理樣品表面12上的處理點(diǎn)1，該點(diǎn)激光功率SP1 ;被處理樣品12通常為大口徑高反射率激光反射鏡，其反射率為％。在被處理樣品12鄰近區(qū)域放有一片與被處理 樣品表面平行的預(yù)處理激光束光能量回收反射鏡9，其反射率為R2。激光光束經(jīng)過處理點(diǎn)I后由被處理樣品反射，再經(jīng)預(yù)處理激光束光能量回收反射鏡反射后再次入射到被處理樣品表面上的處理點(diǎn)2，該點(diǎn)激光光功率為P2。光功率為P2與光功率P1滿足如下關(guān)系P2=(R1R2)P1(I),如此類推，處理點(diǎn)N的激光光功率為PN，Pn與光功率P1滿足如下關(guān)系Pn=(R1R2)(H)P1 ⑵，假設(shè)激光能量回收反射鏡反射率為R2=99. 98%，表2列出了在四種不同樣品反射率R1的情況下在樣品不同處理點(diǎn)(處理點(diǎn)I到處理點(diǎn)100)的激光光功率相對于其處理點(diǎn)I激光光功率之間的關(guān)系PnAV由表中可以看出，當(dāng)1^=99. 95%時(shí)，在經(jīng)過100次回收利用后，即在處理點(diǎn)N=IOO處，其激光光功率還有在處理點(diǎn)I處光功率的93% ;當(dāng)Ri=99. 5%時(shí)，在經(jīng)過100次回收利用后，即在處理點(diǎn)N=IOO處，其激光光功率還有在處理點(diǎn)I處光功率的60% ；當(dāng)1^=99%時(shí)，在經(jīng)過100次回收利用后，即在處理點(diǎn)N=IOO處，其激光光功率還有在處理點(diǎn)I處光功率的36%。當(dāng)1^=98%時(shí)，在經(jīng)過100次回收利用后，即在處理點(diǎn)N=IOO處，其激光光功率只有在處理點(diǎn)I處光功率的13%，已經(jīng)很低，但是在N=50處，其激光功率還有在處理點(diǎn)I處光功率的37%。表2.在四種不同樣品反射率R1情況下的處理點(diǎn)N的激光光功率相對于其處理點(diǎn)I的激光光功率之間的關(guān)系PnAVII 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
PWPl (Rl=O. 9995) 1.00 0.99 0.99 0.98 0.97 0.97 0.96 0.95 0.95 O. M 0.93PJTPl CRl=O. 9950) 1.00 0.95 0.91 0.86 0.82 0.77 0.74 0.70 0.66 0.63 0.60PK/P1 (Rl=O. 9900) 1.00 0.91 0,82 0.74 0.67 0.61 0.55 0.49 0.44 0.40 0.38 IPH/PI (Rl=O. 9800) 1.00 0.83 0.68 0.55 0.45 0.37 0.30 0.24 0.20 0.16 0.13在沒有預(yù)處理激光束光能量回收反射鏡9時(shí)激光相對被處理樣品12的掃描是逐點(diǎn)進(jìn)行的，被處理樣品12相對激光橫向一次掃描完成后被處理樣品12表面上將形成一條已經(jīng)處理好的細(xì)線區(qū)域。當(dāng)使用預(yù)處理激光束光能量回收反射鏡9時(shí)激光相對被處理樣品12的掃描是N點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行的,被處理樣品12相對激光橫向一次掃描完成后被處理樣品12表面上將形成N條已經(jīng)處理好的細(xì)線區(qū)域(見圖2)。這樣一來，被處理樣品12預(yù)處理速度將提高N倍。由以上計(jì)算與分析可以看出，本實(shí)用新型描述的基于激光能量回收再利用的基本原理對多數(shù)高反射率反射鏡都可以回收利用激光50次到100次以上，相關(guān)預(yù)處理設(shè)備在激光功率不變的情況下預(yù)處理速度因此可以得到相應(yīng)倍數(shù)的提高。表3.采用激光能量回收再利用技術(shù)可以大幅度減少激光預(yù)處理的時(shí)間。表中數(shù)字假設(shè)預(yù)處理系統(tǒng)把激光回收再利用了 100次后在不同激光處理工藝條件下完成一件(I米X I米)光學(xué)元件激光處理所需要的時(shí)間，單位為小時(shí)。(說明輻照模式1-on-l是指對樣品的每一點(diǎn)只在特定激光能量密度下輻照處理一次；輻照模式N-on-l是指對樣品的每一點(diǎn)都在特定的激光能量密度下輻照處理N次，表中計(jì)算處理時(shí)間時(shí)使用了 N=5 ;輻照模式R-on-l是指對樣品的每一點(diǎn)都按從小到大不同的激光能量密度進(jìn)行輻照處理R次，表中計(jì)算處理時(shí)間時(shí)使用了 R=10)。
權(quán)利要求1.一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，包括有激光光源，其特征在于還包括有相對被處理樣品表面設(shè)置的激光能量回收反射鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，其特征在于所述的激光光源的后端設(shè)置有預(yù)處理激光能量調(diào)整控制系統(tǒng)和激光光束處理系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，其特征在于所述的激光光源的后端設(shè)置有光學(xué)楔板，光學(xué)楔板的第一反射輸出端后設(shè)置有CCD成像系統(tǒng)，其第二反射輸出端后設(shè)置有分光裝置，分光裝置的兩分光輸出端后分別設(shè)置有光電探測器和激光能量測量系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，其特征在于所述的激光能量回收反射鏡的側(cè)部設(shè)置有激光光束吸收裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，其特征在于所述的大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置還包括有相對被處理樣品背面設(shè)置的照明及成像系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理的裝置，通過將激光光束照射到被處理樣品表面上的處理點(diǎn)1進(jìn)行輻照預(yù)處理，由處理點(diǎn)1反射出來的激光光束經(jīng)激光能量回收反射鏡后再次照射到被處理樣品表面上的處理點(diǎn)2；如此類推，激光光束經(jīng)激光能量回收反射鏡后多次與被處理樣品表面相互作用，在被處理樣品表面上的處理點(diǎn)1到處理點(diǎn)N均進(jìn)行輻照預(yù)處理。本實(shí)用新型利用光能量回收反射鏡對激光能量進(jìn)行回收重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)樣品表面多點(diǎn)并行處理，從而大幅度提高大口徑光學(xué)元件激光預(yù)處理速度。本裝置可以用于光學(xué)薄膜缺陷修復(fù)、激光反射元件表面清潔、光學(xué)高反射率薄膜激光預(yù)處理等多個領(lǐng)域，特別適用于對大口徑光學(xué)元件的快速預(yù)處理以提高其抗激光破壞能力。
文檔編號B23K26/00GK202780231SQ20122048282
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者吳周令, 陳堅(jiān), 吳令奇 申請人:合肥知常光電科技有限公司