(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210602671.X (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 郭馨　张博　姜浩铭　谢宇锋　 高嵩　刘震　胡涛　李怡霏　 朱星宏　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 专利代理师 何会侠 (51)Int.Cl. G01M 11/02(2006.01) G01J 1/42(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种激光辐照光学 元件损伤的研究方法 (57)摘要 本发明公开了一种激光辐照光学元件损伤 的研究方法， 通过测定光学元件的损伤阈值， 并 采用小于光学元件损伤阈值的辐照能量密度测 定光学元件的激光长期辐照下的寿命， 运用荧光 光谱结合氦氖激光的变化判断元件是否发生损 伤， 并对元件变形、 应力突变、 裂纹等变化或损伤 进行实时监控保证实验的有效性。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115014718 A 2022.09.06 CN 115014718 A 1.一种激光辐照光学 元件损伤的研究方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 测定光学元件辐照前的表面粗糙度、 缺陷种类、 特征及尺寸； 当表面粗糙度Ra< 1nm且Rz<1nm， 则辐照光斑直径 需满足大于等于100 μm； 否则光斑直径 需大于表面粗糙度的 105倍以上； 表征光学元件的缺陷尺度及分布， 当80％以上的缺陷尺寸小于0.5 μm， 则保证辐 照光斑直径满足粗糙度对应要求即可， 否则， 光斑直径进一步需大于等于缺陷平均尺寸的 200倍； 当缺陷分布均匀性指数>1， 则 在任意位置测试不小于3组， 否则需要在不同位置测试 不小于5组； 步骤2： 测试光学元件的零几率损伤阈值， 测试点数量不小于3个， 当零几率损伤阈值数 值偏差在15％以上， 则需要详细记录每 个测试位置的缺陷情况， 测试5～8个测试点； 步骤3： 为减少光学元件表面可能的污染对长期损伤测试结果的影响， 采用损伤阈值的 10％的激光能量密度对待测试表面进行清洗， 为减少激光热累积效应的影响， 激光重复频 率10～10 0Hz， 每个光斑区平均辐照3～10次； 步骤4： 测试激光能量密度为损伤阈值不 同比例， 包括20％、 40％、 60％、 80％损伤阈值 的激光能量密度辐照条件下光学元件损伤所需要的脉冲数量； 激光重复频率设置为光学元 件使用最频繁的频率， 如果没有参数积累， 设置为激光器重复频率的中间值； 当氦氖激光能 量降低5％以上认 为其发生损伤； 拟合激光能量密度为损伤阈值不同比例， 包括20％、 40％、 60％、 80％损伤阈值的激光能量密度下， 累积辐照计量的数值， 根据累积辐 照计量变化规律 结合实验效率， 计算激光能量密度 ‑累积辐照剂量曲线斜率＝0.8～1.2的位置， 选取该斜率 对应的能量密度为实验的能量密度范围； 步骤5： 测定选取的能量密度范围内光学元件的损伤特征， 包括损伤形貌和损伤尺度； 从范围内能量密度由高到低的顺序， 判断某一能量下其损伤形貌以微裂纹或是轻度烧蚀为 主， 未出现1 μm尺度以上量级的熔融形貌， 则采用对应能量密度作为长期损伤加速实验的辐 照能量密度； 如能量密度范围内的损伤均出现轻度烧蚀， 则该光学元件的损伤将不可避免 的包括较大比例的光热损伤机制， 选取损伤阈值10％的能量密度作为辐照能量密度； 步骤6： 在镜架与光学元件的接触位置布置贴片式应力传感器， 进行光学元件安装加 载、 辐照过程实时的应力监测； 步骤7： 进行紫外激光辐照实验， 过程中实时记录应力变化， 并采用荧光光谱、 氦氖激光 进行损伤的监测； 激光重复频率设置为光学元件使用最频繁的频率， 如果没有参数积累， 设 置为激光器重复频率的中间值； 为了减少荧光激发光源和氦氖激光对光学元件的影响， 采 用每100～1000脉冲间隔、 间断性记录荧 光光谱变化及氦氖激光 通过损伤位置的能量变化； 步骤8： 分析应力变化进行光学元件变形、 应力突变、 裂纹或损伤的识别， 当应力增加 100％， 停止实验， 采用在线显微设备观察光学元件是否发生了局部裂纹损伤； 如果没有损 伤则继续进行实验， 如发生损伤， 则在该参数环境下， 光学元件的损伤首先以裂纹方式出 现， 需要降低初始安装加载的应力， 重新进行实验； 步骤9： 分析荧光光谱结合氦氖激光的变化进行在线损伤的识别； 对比辐照前， 当缺陷 位置的荧光光谱峰值增长30％以上， 认为其出现了缺陷的扩展； 当荧光光谱峰值增长且氦 氖激光能量降低5％以上， 认为其发生了损伤； 当荧光光谱峰值变化小于30％， 而氦氖激光 能量显著下降， 则停止实验， 观察 光学元件表面是否出现了裂纹损伤， 或检查 光路系统； 步骤10： 与短期损伤研究仅需要记录能量密度、 重复频率参数不同， 长期损伤研究需要权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115014718 A 2计算激光辐照的能量比、 累积辐照计量和累积峰值功率计量， 作为光学元件长期损伤的评 价指标； 其中， 能量比范围从0 ‑1， 数值越大， 光学元件越容易损伤； 累积辐照剂量代表光学 元件在该能量密度下能承受的最大计量， 从一定程度上反应了光学元件材料吸收紫外光逐 步发生反应的承受程度； 累积峰值功率计量代表 光学元件发生主要损伤机制的激光能量情 况。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115014718 A 3