微区透反射光谱测量系统应用之激光损伤光学玻璃的微区透过率研究

前言：

激光广泛应用于医疗、工业加工和科学研究等领域，光学玻璃作为激光应用过程中必不可少的元器件，其抗激光损伤程度直接关系着激光的使用。在激光损伤光学玻璃上的研究，主要集中在损伤阈值、等离子体辐射、损伤形貌和热力效应等方面。而标志着传输光辐射能的强弱的光学透过率，作为损伤程度的判据之一，引起了广泛的关注。激光微小光斑损伤光学玻璃，具有材料表面的形貌不均匀变化和内部缺陷引起断裂，损伤区域小等特征，利用传统的方法测量其透过率，

未损伤区域远远大于损伤区域，其结果几乎看不出损伤后的变化，不均匀性和小区域材质的透过率测量的难度上升。因此，一种全面的、准确的透过率测量必不可少。

本研究采用上海如海光电的微区透反射光谱测量系统，提出一种激光微小光斑损伤玻璃的透过率测试新方法，并获得了激光毁伤光学玻璃的阈值。

一、研究内容

微区透反射光谱测量系统组成

激光对玻璃的损伤，造成了损伤区域的额外光反射或散射，显微镜不但可以观察损伤区域的形貌特征，而且利用显微镜标尺，直接计算出损伤区域的大小及其在视场中的比例。光纤光谱仪利用柔性光纤收集待测光，其收集光的能力主要由光纤的纤芯直径和数值孔径角决定。利用一组透镜将金相显微镜和光纤光谱仪视场耦合，形成微区透反射光谱测量系统

设备搭建

微区透反射光谱测量系统

二、实验结果与分析

光学玻璃受到激光微小光斑作用后，测试其表面形貌和透射光谱，图1是激光脉冲能量密度分别为428.61mJ/mm2和1184.57mJ/mm2时，K9光学玻璃的表面形貌和透射光谱。

图1光学玻璃的微区损伤形貌和损伤前后透射光谱(a)＆(b)形貌损伤阈值428．61mJ/mm2，透过率T=89．0%(c)＆(d)1184．57mJ/mm2，透过率T=25．5%

损伤前后的透射光谱存在着明显的差异，绘制随脉冲能量密度变化的透过率曲线如图2所示。由透过率决定的损伤阈值为～370mJ/mm2，略低于金相显微镜观察的具有明显形貌损伤的阈值428.61mJ/mm2，也就是说，在损伤形貌不明显的情况下，激光已经影响了K9玻璃对光束的传输性能。

图2光学玻璃在不同激光脉冲能量密度下的微区透过率曲线

三、结论

激光微小光斑损伤光学玻璃损伤区域非常小，透过率检测存在着一定的困难，本文报道的微区透过率测试方法具有一定的可行性。利用显微镜能观测到损伤区域形貌和计量其面积大小的特点，采用透镜耦合的方式，将损伤区域的透射光谱传输给光纤光谱仪，得到激光损伤前后的透射光谱，计算单个波长的透过率和光谱透过率总和。此技术克服了传统方法将未损伤区域光谱透过率带入，降低实际损伤区域透过率的弊端，为微小面元透过率或反射率测试提供了新思路、新方法。

本研究采用上海如海光电的微区透反射光谱测量系统，提出一种激光微小光斑损伤玻璃的透过率测试新方法，并获得了激光毁伤光学玻璃的阈值。

四、文献分享