一种等离子体产生诱因识别方法

技术领域

本发明涉及一种光学元件抗激光损伤性能的测试方法，尤其是涉及一种等离 子体产生诱因识别方法。

背景技术

高反射激光薄膜是高功率激光系统中的关键元件，为了深入研究高反射激光薄 膜的损伤机制、准确评价薄膜的抗激光损伤能力，需要不断地发展和完善激光损伤 阈值的测量技术，提高损伤阈值的测量精度和准确度，从而指导高反射薄膜制备工 艺的优化和改进。目前，在损伤阈值测量过程中，为更加客观的反应薄膜的宏观激 光损伤性能，通常选取尽可能大的测量区域，因此光栅扫描激光损伤阈值测量方式 近年来被广泛采用。测量中，一般采用工作频率为10Hz的脉冲式Nd:YAG激光器， 通过对扫描间隔和扫描轨迹的调节，可以对较大面积的样品表面进行覆盖，并对出 现的损伤点的坐标和位置进行记录，留作后期的损伤生长测量。

高反射激光薄膜的损伤机制决定了在测量过程中，薄膜中的缺陷和表面污染物 在一定能量下会吸收激光并产生宽光谱分布的等离子体，等离子体将进一步吸收同 一脉冲下的后续激光并逐渐扩大，这一过程将持续微秒至毫秒尺度，对于实时监测 样品是否发生损伤的光电探测器或高速相机而言，都将形成一个的强信号区或曝光 饱和区，从而极大的影响损伤的判断。当前，一般是采用多路探测信号方式，通过 在高速相机前添加窄带滤光片来降低等离子体产生时宽光谱的强光进入高速相机， 以确保拍摄到有效图像；同时，用一路光电信号实时监测散射信号，当散射信号显 著增强时，由此确定激光损伤的发生或等离子体的产生。

然而，多路探测过程中，难以将光电信号和高速相机的信息完全同步，因此无 法获得等离子体产生的准确位置，更无法区分等离子体的成因是薄膜缺陷还是表面 污染物。而等离子体信息是研究高反射激光薄膜损伤机制的重要信息和线索，因此， 需要在激光损伤阈值测量中记录等离子体产生的位置并对其成因进行分析。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种判定简单、 准确的等离子体产生诱因识别方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种等离子体产生诱因识别方法，该方法用于高反射激光薄膜损伤阈值测量 中，所述的损伤阈值测量的装置包括用于发射泵浦激光的泵浦激光器、用于带动被 测样品移动的电动平移台、照明电源和实时监测并获取被测样品图像的损伤监控组 件，所述的损伤监控组件包括在线显微镜和外触发式相机，所述的识别方法具体包 括以下步骤：

1)将被测样品固定在电动平移台，电动平移台控制被测样品做光栅轨迹移动， 在线显微镜对准泵浦激光辐照被测样品的位置；

2)泵浦激光器辐照前，外触发式相机通过电动平移台的移动对被测样品的每 个位置进行图片采集，将第(x，y)张图片标记为N_0xy，图片中缺陷点的局部坐标 记为N_0xy-ab，全局坐标记为N_0XY，其中，a和b为缺陷点在第(x，y)张图片中的局 部坐标，X和Y为以第(1，1)张图片的左上角为原点、缺陷点在整个测量区域的 全局坐标；

3)泵浦激光器辐照被测样品，外触发式相机再次通过电动平移台的移动对被 测样品的每个位置进行图片采集，将将第(x，y)张图片标记为N_1xy，图片中缺陷 点的局部坐标记为N_1xy-ab，全局坐标记为N_1XY；

4)判断是否发生等离子体闪光，若是，则执行步骤6)，若否，则执行步骤5)；

5)比较每个x和y位置下的图片N_0xy和N_1xy的差异，判定样品是否发生损伤， 执行步骤7)；

6)在发生等离子体闪光的第(x，y)张图片上，比较激光未辐照前的N_0xy-ab位 置与激光辐照后的第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的N_1xy-ab位置的差异，识别等离 子体产生的诱因；

7)电动平移台控制被测样品，回到初始坐标位置；

8)提升泵浦激光能量，重复步骤3)-步骤7)，实现被测样品相同区域在泵浦 激光不同能量辐照下的测量。

所述的对被测样品的每个位置进行图片采集具体为：

泵浦激光器发送外触发信号控制电动平移台作光栅轨迹移动，电动平移台接收 到外触发信号后移动到下一个测量点并立即停止；

泵浦激光器发送外触发信号控制外触发式相机通过在线显微镜对电动平移台 每次停止时的被测样品进行拍照，采集图片。

所述的步骤5)具体为：

51)当N_0xy-ab位置存在缺陷点、N_1xy-ab位置也存在缺陷点、且超过尺寸容差时， 判定样品发生损伤，损伤由原始缺陷点引起；

52)当N_0xy-ab位置存在缺陷点、N_1xy-ab位置不存在缺陷点时，判定原始缺陷点 为表面污染物；

53)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点、N_1xy-ab位置不存在缺陷点时，判定样品未发 生损伤；

54)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点、N_1xy-ab位置存在缺陷点时，判定样品发生损 伤，损伤由其它因素引起。

所述的步骤6)中判定等离子体产生的诱因的具体方法为：

61)当N_0xy-ab位置存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置存在缺陷点，且与对应的N_0XY位置缺陷相比小于尺寸容差 时，判定样品未发生损伤，等离子体由原始缺陷点引起；

62)当N_0xy-ab位置存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置存在缺陷点，与对应的N_0XY位置缺陷相比大于尺寸容差时， 判定样品发生损伤，等离子体和损伤由原始缺陷点引起；

63)当N_0xy-ab位置存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由表面 污染引起；

64)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由其它 因素引起；

65)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由其 它因素引起。

所述的其它因素包括纳米尺度结构缺陷和杂质。

所述的泵浦激光器的工作频率是10Hz，所述的泵浦激光器外触发信号的输出 频率是10Hz，所述的电动平移台的移动频率是10Hz，所述的外触发式相机的拍照 频率是10Hz，所述的泵浦激光器辐照被测样品的区域面积小于图片面积的1/2。

与现有技术相比，本发明利用在线显微镜对被测样品在泵浦激光辐照前后的图 像进行拍摄，对图片中缺陷点位置设定图片局部坐标和扫描区域的全局坐标，当等 离子体产生时，通过比较等离子体产生位置之前和之后图片的差异，能够实现对初 始缺陷、表面污染和其它因素诱导等离子体产生的判定。

附图说明

图1为损伤阈值测量装置的结构示意图；

图2为本发明方法的流程示意图；

图3为被测样品在电动平移台控制下的运行轨迹示意图；

图4(a)为激光辐照后，被测样品的第(x，y)张图片；

图4(b)为激光辐照后，被测样品的第(x+1，y)张图片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种等离子体产生诱因识别方法，该方法用于高反射激光薄膜损伤阈值测量 中，如图1所示，损伤阈值测量的装置包括用于发射泵浦激光的泵浦激光器1、用 于带动被测样品2移动的电动平移台3、照明电源4和实时监测并获取被测样品图 像的损伤监控组件，所述的损伤监控组件包括在线显微镜6和外触发式相机5。如 图2所示，所述的识别方法具体包括以下步骤：

在步骤s101中，将被测样品固定在电动平移台，电动平移台控制被测样品做 光栅轨迹移动，在线显微镜对准泵浦激光辐照被测样品的位置；

如图3所示，电动平移台x方向总的移动距离为S_x，移动间隔为D_x，y方向总 的移动距离为S_y，移动间隔为D_y，移动间隔D_x和D_y由泵浦激光的光斑直径决定， 每个测试点只作用一个脉冲激光，总测量点的数目为N，

N＝(S_x/D_x)×(S_y/D_y)。

在步骤s102中，泵浦激光器辐照前，外触发式相机通过电动平移台的移动对 被测样品的每个位置进行图片采集，具体步骤为：

泵浦激光器发送外触发信号控制电动平移台作光栅轨迹移动，电动平移台接收 到外触发信号后移动到下一个测量点并立即停止，每次移动的间隔为D_x或D_y，一 般为0.2mm；

泵浦激光器发送外触发信号控制外触发式相机通过在线显微镜对电动平移台 每次停止时的被测样品进行拍照，采集图片。

将第(x，y)张图片标记为N_0xy，图片中缺陷点的局部坐标记为N_0xy-ab，全局坐 标记为N_0XY，其中，a和b为缺陷点在第(x，y)张图片中的局部坐标，X和Y为 以第(1，1)张图片的左上角为原点、缺陷点在整个测量区域的全局坐标：

X＝(x-1)×D_x+a

Y＝(y-1)×D_y+b。

在步骤s103中，泵浦激光器辐照被测样品，外触发式相机再次通过电动平移 台的移动对被测样品的每个位置进行图片采集，将将第(x，y)张图片标记为N_1xy， 图片中缺陷点的局部坐标记为N_1xy-ab，全局坐标记为N_1XY，如图4(a)、4(b)所 示。其中激光辐照区域面积小于图片面积的1/2，确保等离子体产生位置为相邻图 片的重叠区域。

在步骤s104中，判断是否发生等离子体闪光，若是，则执行步骤s106，若否， 则执行步骤s105。

在步骤s105中比较每个x和y位置下的图片N_0xy和N_1xy的差异，判定样品是 否发生损伤，执行在步骤s107；

判定样品是否发生损伤的具体方法为：

51)当N_0xy-ab位置存在缺陷点、N_1xy-ab位置也存在缺陷点、且超过尺寸容差时， 判定样品发生损伤，损伤由原始缺陷点引起；

52)当N_0xy-ab位置存在缺陷点、N_1xy-ab位置不存在缺陷点时，判定原始缺陷点 为表面污染物；

53)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点、N_1xy-ab位置不存在缺陷点时，判定样品未发 生损伤；

54)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点、N_1xy-ab位置存在缺陷点时，判定样品发生损 伤，损伤由其它因素引起。

在步骤s106中，在发生等离子体闪光的第(x，y)张图片上，比较激光未辐照 前的N_0xy-ab位置与激光辐照后的第(x+1，y)或(x，y+1)张图片的N_1xy-ab位置的差 异，识别等离子体产生的诱因；

识别等离子体产生的诱因的具体方法为：

61)当N_0xy-ab位置存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置存在缺陷点，且与对应的N_0XY位置缺陷相比小于尺寸容差 时，判定样品未发生损伤，等离子体由原始缺陷点引起；

62)当N_0xy-ab位置存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置存在缺陷点，与对应的N_0XY位置缺陷相比大于尺寸容差时， 判定样品发生损伤，等离子体和损伤由原始缺陷点引起；

63)当N_0xy-ab位置存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由表面 污染引起；

64)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置不存在缺陷点时，判定样品未发生损伤，等离子体由其它 因素引起；

65)当N_0xy-ab位置不存在缺陷点，N_1xy-ab位置出现等离子体，第(x+1，y)或(x， y+1)张图片的N_1XY位置存在缺陷点时，判定样品发生损伤，等离子体和损伤由其 它因素引起。

在步骤s107中，电动平移台控制被测样品，回到初始坐标位置。

在步骤s108中，提升泵浦激光能量，重复步骤s103-步骤s107，实现被测样品 相同区域在泵浦激光不同能量辐照下的测量。

上述其它因素包括纳米尺度结构缺陷和杂质。

本实施例中，泵浦激光器的工作频率是10Hz，所述的泵浦激光器外触发信号 的输出频率是10Hz，所述的电动平移台的移动频率是10Hz，所述的外触发式相机 的拍照频率是10Hz。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本 发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在 此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不 限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和 修改都应该在本发明的保护范围之内。