一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，该装置包括激光器、准直透镜、半波片、偏振分束器、第一透镜、第二透镜、大口径光栅、成像系统、数据处理系统，激光器发出的线偏振光束通过准直透镜准直为平行光束，平行光束经半波片后以高透过率通过偏振分束器，经偏振分束器后的透射光束依次经过第一透镜、第二透镜构成的扩束系统后将光束口径扩大，扩束后的光束入射到大口径光栅上，大口径光栅的衍射光将沿原路返回后入射到偏振分束器上，偏振分束器的反射光由成像系统接收，成像系统与数据处理系统相连接，由数据处理系统对成像系统获得的图像进行分析处理，得出大口径光栅的损伤信息。本发明专利技术能够实现大口径光栅损伤的在线快速测量。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置和测量方法
本专利技术属于高功率激光领域，特别是啁啾脉冲放大系统或光参量啁啾脉冲放大系统中大口径光栅损伤的在线快速测量装置和测量方法。
技术介绍
超短超强激光系统是当前国际上高功率激光领域竞相研究的热点，受到了广大科研人员的青睐。超短超强激光系统可用来研究各种极端条件下的物理现象，如高能密度物理、强场物理、天体物理等。国际上超短超强激光装置包括：美国LawrenceLivermoreNationalLaboratory(LLNL)的先进透视光源装置、日本大阪大学InstituteofLaserEngineering(ILE)的FIREX装置、美国罗彻斯特大学LaboratoryforLaserEnergetics(LLE)的OmegaEP装置等。国内的超短超强激光装置有：上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室的神光II皮秒拍瓦激光装置、中国工程物理研究院激光聚变中心的星光装置等。为避免放大过程中的非线性效应和增益介质损伤问题，超短超强激光的产生大都采用啁啾脉冲放大技术或光参量啁啾脉冲放大技术。具体的技术途径为：首先采用展宽器将种子脉冲在时间上展宽为纳秒量级的啁啾脉冲；然后对纳秒脉冲进行放大；最后通过压缩器对放大后的脉冲进行时间压缩，从而获得超短超强脉冲激光。脉冲压缩是获得超短超强激光输出的重要环节，脉冲压缩器一般由两对相互平行的大口径光栅组成，其中，最后一块光栅承载了最高的激光功率，最容易形成激光诱导损伤。压缩器中光栅的损伤势必降低超短超强激光系统的输出能量，更为严重的是，将会对下游的光学元件产生不利的影响甚至引起整个系统的瘫痪。超短超强激光系统中采用的光栅尺寸为数百毫米级甚至米级。为确保超短超强激光系统安全、有效地运行，对大口径光栅的损伤监测是十分必要和紧迫的。虽然国内外对于光栅的损伤进行了大量的研究，但迄今为止对于光栅的损伤测试大多是在离线条件下对小尺寸样品进行的。目前，国际上仅有美国罗彻斯特大学的LaboratoryforLaserEnergetics(LLE)对米级大口径光栅实现了损伤的在线监测（参见OpticsExpress,2010,vol.18,10423）。主要方法为采用线型高斯光束对光栅表面进行扫描，在某个特定的方向接收散射光形成图像，将条状图像进行拼接处理后获得光栅损伤信息。该测量方法耗时较长，一块米级光栅损伤状态的测量时间需要数十分钟。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种新的用于大口径光栅损伤的在线快速测量装置和测量方法，本专利技术的监测装置和方法可实现单次测量，无需进行扫描测量，具有测量速度快（达秒量级）、灵敏度高（达百微米量级）等优点。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，该测量装置包括激光器、准直透镜、半波片、偏振分束器、第一透镜、第二透镜、大口径光栅、成像系统、数据处理系统，所述激光器发出的线偏振光束通过准直透镜准直为平行光束，所述平行光束经半波片后，以高透过率通过偏振分束器，经偏振分束器后的透射光束依次经过第一透镜、第二透镜构成的扩束系统后将光束口径扩大，扩束后的光束以利特罗角入射到大口径光栅上，所述大口径光栅的衍射光将沿原路返回，依次经过第二透镜、第一透镜缩束后入射到偏振分束器上，偏振分束器的反射光由成像系统接收，所述成像系统与数据处理系统相连接，由数据处理系统对成像系统获得的图像进行分析处理，得出大口径光栅的损伤信息。所述激光器为连续激光器。所述激光器波长为，大口径光栅的栅距为d，则利特罗角。所述大口径光栅为介质膜光栅，平行光束经半波片转变后的线偏振光的偏振方向与大口径光栅的条纹刻线方向相同，所述偏振分束器的消光比为Ts：Tp>1000：1。所述大口径光栅为金属膜光栅，平行光束经半波片转变后的线偏振光的偏振方向与大口径光栅的条纹刻线方向相垂直，所述偏振分束器的消光比为Tp：Ts>1000：1。一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，实现大口径光栅损伤的在线快速测量方法，该方法包括如下步骤：假定介质膜光栅条纹刻线方向为竖直方向，第一步，组装完成大口径介质膜光栅损伤的在线快速测量装置；第二步，将激光束依次通过准直透镜、半波片、偏振分束器、第一透镜、第二透镜、大口径光栅，旋转半波片，使激光束转变为竖直线偏振光，偏振分束器的消光比为：Ts:Tp>1000:1，竖直线偏振光以高透过率通过偏振分束器，经扩束后以利特罗角入射到大口径光栅上；第三步，若大口径光栅表面无损伤，则衍射光偏振方向不变，即保持s偏振不变，所述大口径光栅的衍射光将沿原路返回，依次通过第二透镜、第一透镜，由于偏振分束器对s偏振光高透，偏振分束器反射方向上将无光束强度分布，成像系统接收的图像为暗场背景，其中，成像系统包括成像透镜和CCD，成像系统中CCD的光敏面与大口径光栅表面呈共轭物像关系；第四步，当大口径光栅表面特定的位置存在损伤，损伤点将产生自由偏振态的散射光，散射光中存在p光分量，在偏振分束器处，p光分量反射进入成像系统，因成像系统中CCD的光敏面与光栅表面呈共轭物像关系，成像系统采集的不同位置的光斑分布与光栅表面相应位置的损伤点存在一一对应关系，通过数据处理系统对成像系统采集的图像进行分析、处理，获得大口径光栅的表面损伤信息。一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，实现大口径光栅损伤的在线快速测量方法，该方法包括如下步骤：假定金属膜光栅条纹刻线方向为竖直方向，第一步，组装完成大口径光栅损伤的在线快速测量装置；第二步，将激光束依次通过准直透镜、半波片、偏振分束器、第一透镜、第二透镜、大口径光栅，旋转半波片，使激光束转变为水平线偏振光，偏振分束器的消光比为：Tp:Ts>1000:1，水平线偏振光以高透过率通过偏振分束器，经扩束后以利特罗角入射到大口径光栅上；第三步，若大口径光栅表面无损伤，则衍射光偏振方向不变，即保持p偏振不变，所述大口径光栅的衍射光将沿原路返回，依次通过第二透镜、第一透镜，由于偏振分束器对p偏振光高透，偏振分束器反射方向上将无光束强度分布，成像系统接收的图像为暗场背景，其中，成像系统包括成像透镜和CCD，成像系统中CCD的光敏面与大口径光栅表面呈共轭物像关系；第四步，当大口径光栅表面特定的位置存在损伤，损伤点将产生自由偏振态的散射光，散射光中存在s光分量，在偏振分束器处，s光分量反射进入成像系统，因成像系统中CCD的光敏面与光栅表面呈共轭物像关系，成像系统采集的不同位置的光斑分布与光栅表面相应位置的损伤点存在一一对应关系，通过数据处理系统对成像系统采集的图像进行分析、处理，获得大口径光栅的表面损伤信息。与现有技术相比，本专利技术的测量装置和测量方法在大口径光栅损伤在线快速测量的操作中有以下有益效果：①本专利技术采用暗场成像方法，灵敏度高；②本专利技术根据待测大口径光栅尺寸、激光中心波长、光栅利特罗角等参数确定激光扩束比，使得扩束后光束口径在光栅面的投影完全覆盖光栅有效通光口径，可实现大口径光栅损伤状态的单次测量，测量速度快，避免了扫描测量耗时长、图像拼接算法难度大等缺点；③通过合理选择光学元件参数，优化设计扩束系统、成像系统，大口径光栅表面损伤测量精度可达百微米量级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，其特征在于，该测量装置包括激光器（1）、准直透镜（2）、半波片（3）、偏振分束器（4）、第一透镜（5）、第二透镜（6）、大口径光栅（7）、成像系统（8）、数据处理系统（9），所述激光器（1）发出的线偏振光束通过准直透镜（2）准直为平行光束，所述平行光束经半波片（3）后，以高透过率通过偏振分束器（4），经偏振分束器（4）后的透射光束依次经过第一透镜（5）、第二透镜（6）构成的扩束系统后将光束口径扩大，扩束后的光束以利特罗角入射到大口径光栅（7）上，所述大口径光栅（7）的衍射光将沿原路返回，依次经过第二透镜（6）、第一透镜（5）缩束后入射到偏振分束器（4）上，偏振分束器（4）的反射光由成像系统（8）接收，所述成像系统（8）与数据处理系统（9）相连接，由数据处理系统（9）对成像系统（8）获得的图像进行分析处理，得出大口径光栅的损伤信息。

【技术特征摘要】
1.一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，其特征在于，该测量装置包括激光器（1）、准直透镜（2）、半波片（3）、偏振分束器（4）、第一透镜（5）、第二透镜（6）、大口径光栅（7）、成像系统（8）、数据处理系统（9），所述激光器（1）发出的线偏振光束通过准直透镜（2）准直为平行光束，所述平行光束经半波片（3）后，以高透过率通过偏振分束器（4），经偏振分束器（4）后的透射光束依次经过第一透镜（5）、第二透镜（6）构成的扩束系统后将光束口径扩大，扩束后的光束以利特罗角入射到大口径光栅（7）上，所述大口径光栅（7）的衍射光将沿原路返回，依次经过第二透镜（6）、第一透镜（5）缩束后入射到偏振分束器（4）上，偏振分束器（4）的反射光由成像系统（8）接收，所述成像系统（8）与数据处理系统（9）相连接，由数据处理系统（9）对成像系统（8）获得的图像进行分析处理，得出大口径光栅的损伤信息。2.根据权利要求1所述的大口径光栅损伤的在线快速测量装置，其特征在于，所述激光器为连续激光器。3.根据权利要求1所述的大口径光栅损伤的在线快速测量装置，其特征在于，所述激光器波长为，大口径光栅的栅距为d，则利特罗角。4.根据权利要求3所述的大口径光栅损伤的在线快速测量装置，其特征在于，所述大口径光栅为介质膜光栅，平行光束经半波片转变后的线偏振光的偏振方向与大口径光栅的条纹刻线方向相同，所述偏振分束器的消光比为Ts：Tp>1000：1。5.根据权利要求3所述的大口径光栅损伤的在线快速测量装置，其特征在于，所述大口径光栅为金属膜光栅，平行光束经半波片转变后的线偏振光的偏振方向与大口径光栅的条纹刻线方向相垂直，所述偏振分束器的消光比为Tp：Ts>1000：1。6.一种权利要求4所述的大口径光栅损伤的在线快速测量装置，实现大口径光栅损伤的在线快速测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：假定介质膜光栅条纹刻线方向为竖直方向，第一步，组装完成大口径介质膜光栅损伤的在线快速测量装置；第二步，将激光束依次通过准直透镜（2）、半波片（3）、偏振分束器（4）、第一透镜（5）、第二透镜（6）、大口径光栅（7），...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔勇，季来林，单炯，高妍琦，王韬，饶大幸，杜鹏远，曹兆栋，李小莉，陈明，夏兰，徐光，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31