邢乃心 李昌立 王耀德

（長春理工大學(xué)理學(xué)院，吉林 長春130022）

引言

激光損傷閾值不僅為光學(xué)元件提供了安全的使用范圍，并且在提高其抗損傷性研究中也起到至關(guān)重要的作用。目前一些常見的激光損傷判別方法有：相襯顯微鏡觀測法[1]、光聲測量法[2]、散射光強測試法[3]、光熱偏轉(zhuǎn)法[4]、等離子體閃光法[5]、圖像處理法[6]等等。以上每種方法都有其明顯的優(yōu)勢和不足。相襯顯微鏡法的優(yōu)勢是觀察準(zhǔn)確，但受人為因素的影響較大；散射光強測試法的優(yōu)點是能實現(xiàn)在線測量，大程度的提升工作效率，而缺憾是對被測樣品表面的光潔度要求高，影響測量精度；光熱偏轉(zhuǎn)法的優(yōu)勢在于對試樣不需做專門處理，但此方法對反射光、散射光反應(yīng)不敏感；而等離子體閃光法由于操作方便和結(jié)構(gòu)簡單，從而被大家認(rèn)可接受，但是因為是用肉眼進(jìn)行觀察，所以測量受人為因素影響太大，且由于大氣擊穿而易產(chǎn)生錯誤判斷。圖像處理法采用計算機對激光輻照后圖像的分析處理來得到激光能量密度，其中也存在著一定的誤差?；谝陨纤械难芯糠椒ǎ疚奶岢鲆环N可以更準(zhǔn)確地判斷測試金屬靶材是否發(fā)生激光誘導(dǎo)損傷的新方法，即基于散射光強測試法而改進(jìn)的激光損傷閾值監(jiān)測方法，實驗探測裝置運用四象限探測系統(tǒng)，從而實現(xiàn)較高精度的損傷閾值判別。

1 監(jiān)測系統(tǒng)裝置的搭建

根據(jù)實驗需求，搭建以下實驗裝置：

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

圖2 監(jiān)測材料激光損傷系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)的關(guān)鍵部分為監(jiān)測材料激光損傷系統(tǒng)，此系統(tǒng)選用四象限探測器作為光電探測裝置，后接上位機程序部分，以完成整個系統(tǒng)的運行。

2 基于散射光的激光損傷閾值監(jiān)測實驗的研究

首先調(diào)整損傷用激光器系統(tǒng)光路，損傷用激光器系統(tǒng)具有瞄準(zhǔn)激光，該瞄準(zhǔn)激光與損傷用激光同軸，經(jīng)擴束準(zhǔn)直后，二者聚焦到靶材的同一點上。其次調(diào)整監(jiān)測材料激光損傷系統(tǒng)中的光路，先將各透鏡、光闌、探測器和光闌調(diào)整后固定在同一高度，激光損傷閾值在線監(jiān)測系統(tǒng)中的探測光激光器發(fā)出連續(xù)可見光激光，經(jīng)一個4F 系統(tǒng)后，使其照射到靶面的激光損傷區(qū)域（與損傷用激光在靶材上同一作用點）。調(diào)整四象限探測系統(tǒng)和探測器前4F 系統(tǒng)的角度，使照明光源作用在靶材上時的反射光可以讓探測器全部接收，進(jìn)而實現(xiàn)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)。

光路調(diào)試完成后，在線監(jiān)測系統(tǒng)的四象限探測器時刻接收照明激光的散射波信號。打開損傷用激光器對靶材表面進(jìn)行輻照，當(dāng)靶材表面出現(xiàn)損傷時，照明激光的散射波將發(fā)生變化，使四象限探測器的四路信號電平產(chǎn)生突變，以此達(dá)到監(jiān)測損傷閾值的效果。

3 系統(tǒng)測試結(jié)果

圖3 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試結(jié)果圖

如圖3 所示為系統(tǒng)上位機聯(lián)調(diào)測試結(jié)果圖。初始時靶材表面相對光滑，雷達(dá)圖中的激光回波光束中心位置基本位于雷達(dá)圖中心，此時散射光沒有偏折。(b)時刻，靶材表面由于受到激光作用而發(fā)生形貌變化，靶材熔坑處的散射光發(fā)生偏移，雷達(dá)圖中激光回波光束中心位置偏移并遠(yuǎn)離雷達(dá)中心點，此時探測器接收到的光信號減弱。此系統(tǒng)靈敏度高，可以實時響應(yīng)散射光能量和位置的變化。

4 結(jié)論

提出了一種基于散射光的激光損傷閾值監(jiān)測的新方法，利用金屬鋁靶材對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)測試。測試結(jié)果表明，此測試系統(tǒng)原理簡單，測量方法可行，靈敏度高，具有較好的應(yīng)用價值。本測試方法可以通過四象限探測器四路信號電平的變化來準(zhǔn)確的判定激光誘導(dǎo)鋁靶材的損傷閾值，提高了判定精度并易實現(xiàn)在線測量。