一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试方法及系统，旨在解决现有技术中的大口径光学器件寿命测试由于套用现有寿命测试方法而引起的测试结果置信度低与适用性低的问题，解决传统大口径光学器件损伤特性评价参数无法直接应用于光学系统可靠性评价的问题；本发明专利技术使用激光连续辐照通大口径光学器件，直至光学器件发生不可逆损伤，记录累计发次或累计时间；统计不同发次或时间对应的寿命概率；以发次或时间为自变量，对应的寿命概率为因变量，使用威布尔分布对函数进行数据拟合，获得大口径光学器件在特定激光参数作用下的寿命概率函数；获得更可靠的大口径光学器件的使用寿命；本发明专利技术适用于测试大口径光学元件的寿命。

A method and system for life detection and life probability measurement of laser optical elements

The invention discloses a method and system of life detection and life probability test of laser optical element, which aims to solve the problem of low reliability and low applicability of the test results due to the application of the existing life test method in the existing technology of large aperture optical device life test, and to solve the damage special of the traditional large aperture optical device. The parameter of the sex evaluation can not be directly applied to the reliability evaluation of the optical system. The invention uses the laser to irradiate the large aperture optical device continuously until the optical device has irreversible damage, records the accumulative times or accumulative time, and statistics the lifetime probability corresponding to different times or times, and takes the time or time as the independent variable. The lifetime probability is the dependent variable, and the Weibull distribution is used to fit the function data. The lifetime probability function of the large aperture optical device under the action of the specific laser parameters is obtained, and the life of a more reliable large aperture optical device is obtained. The invention is suitable for testing the life of the large aperture optical element.

【技术实现步骤摘要】
一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试方法及系统
本专利技术涉及光学元件寿命检测领域，具体涉及一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试方法及系统。
技术介绍
激光光学元件在激光尤其是高功率/高能激光作用下会发生激光诱导损伤，现有的评价指标之一是概率损伤阈值，参考在先技术1，ISO21254(part1～part4)，Lasersandlaser-relatedequipment–Testmethodsforlaser-induceddamagethreshold有相关说明，其认为光学元件在损伤阈值下不会发生损伤；评价指标之二是损伤增长因子，参考在先技术2，ZhiM.Liao，*B.Raymond，J.Gaylord，R.Fallejo，J.Bude，andP.Wegner，“DamagemodelingandstatisticalanalysisofopticsdamagepertableanceinMJ-classlasersystems”，[J].OPTICSEXPRESSVol.22，No.23(2014))；它的寿命定义为损伤尺度增大到可接受的上限前所承受的发次，但是这并不适合一般的光学器件；ISO推荐的做法是对激光器整体进行测试(参见在先技术3，ISO17526，Opticsandopticalinstruments—Lasersandlaser-relatedequipment—Lifetimeoflasers)。但是，对于巨型激光器而言，这是不现实也是不经济的。激光光学元件在小于其损伤阈值的激光通量下可以承载的激光发次/时间或激光辐照时间是光学元件除光学特征参数、损伤特征参数外一项重要参数，在评价激光器性能、激光系统可靠性方面具有重要意义。长久以来，由于光学元件自身对于高功率激光响应的差异性，使得评价光学元件激光损伤阈值本身就是一件困难的事情，激光光学元件寿命评价方法更是相较于其他光学元件抗激光损伤的测试方法很少。产品的寿命测试一般是在使用条件下进行寿命测试的，即使是一般加速测试，加速测试参数(如温度、电流强度等)也是可以直接或简单提高的。如果光学元件寿命测试过程中在特定通量下测试口径和通光口径一致，那么测试结果就与常规产品寿命测试一致。但是由于光学元件作为激光器的一部分，不提高包括电源、放大介质等其他组件性能而输出更高的通量从而达到更高通量下光学元件寿命测试目的，这一般是做不到的。为了准确测试元件在不同通量下的损伤特性参数或者寿命，通常是对测试用的激光进行缩束，通过缩小辐照面积的方式提高激光通量(能量或功率密度)，因此，测试一片大口径(通光口径远大于测试光斑口径)元件通常是使用聚焦后的小光斑进行测试。当测试光斑很小时，由于遇到阈值比较低的区域或者寿命比较低的区域可能性很小，一致性会比较好，会出现是均匀分布的假象。但是，由于光学器件在高通量下，即使是10um的区域发生损伤，在后续激光作用下损伤区域也会迅速增长造成使得整块光学器件报废，因此对于大口径光学元件的寿命测试，那些概率很小的测试结果也不能忽略。如果在大口径光学器件寿命测试过程中仍然采用这种均匀分布假设前提的测试方法，测试结果就会出现较大的偏差。为了能够使得激光光学元件可以作为激光装置单元，使用经典可靠性理论进行激光系统的可靠性分析与预计，本专利技术专利提出了一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试方法及系统，利用该方法对激光光学元件进行测试，测试结果可以将激光光学元件作为激光装置单元，使用经典可靠性理论对激光装置整体进行寿命可靠性分析和预计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术中的旨在解决现有技术中的大口径光学器件寿命测试由于套用传统一般产品寿命测试方法而引起的测试结果置信度低与适用性低的问题，解决传统大口径光学器件损伤特性评价参数无法直接应用于光学系统可靠性评价的问题，本专利技术提供了一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试方法及系统。本专利技术采用的技术方案如下：一种激光光学元件寿命概率测试方法，包括以下步骤：步骤1：使用设定激光参数下的激光连续辐照光学元件直至光学元件发生不可逆损伤的时候，记录激光辐照发次或激光辐照时间；步骤2：对光学元件的后续测试点重复步骤1的测试，直到测试点个数满足统计概率分布；步骤3：分别统计小于等于设定激光辐照发次或激光辐照时间的测试点中的损伤点数，计算该激光辐照发次或激光辐照时间对应的寿命概率；所述步骤3中的寿命概率为：损伤点数/测试点总数；步骤4：以激光辐照发次或激光辐照时间为自变量，以对应的寿命概率为因变量获得函数离散数值曲线，使用威布尔分布对函数进行数据拟合获得光学元件特定激光参数下的寿命概率函数。具体地，步骤4为：根据广义极值理论(GeneralExtremeValueTheory)，当测试数据量足够大时，无论测试点的寿命概率分布为何分布，其最小值(式(1)、(2))、最大值(式(3)、(4))的概率分布为广义极值分布；Tmin＝min{τ1,....τn}(1)P(Tmin)＝P(min{τ1,....τn}≥x)＝g(x)(2)Pmax＝max{τ1,....τn}(3)根据广义极值理论，g(x)与G(x)的关系如式(5)所示。g(ax-b)＝1-G(-x)(5)G(x)的形式有且只有以下三种形式(式(6))：根据激光光学元件的抗激光损伤特性，当激光强度达到一定功率密度或通量时，光学元件必然发生损伤，因此，概率分布取g3(x)与G3(x)。因实际测试过程中，光学元件在固定激光参数激光作用下，在特定发次/时间下发生损伤，因此，统计的概率可以按式(4)表示，故激光光学元件寿命概率分布为G3(x)，x＝(T-b)/a，进而获得寿命概率函数拟合公式为：P为光学元件测试样品在特定激光参数下的寿命概率；T为光学元件测试样品在设定激光参数下的激光辐照发次或激光辐照时间，a、b、γ为待拟合参数，a是函数曲线的尺度参数，b是函数曲线的位置参数，γ是形状参数。本专利技术还提供了一种激光光学元件寿命检测方法，包括以下步骤：步骤1：获得光学元件特定激光参数下的寿命概率函数拟合公式；步骤2：使用设定激光参数下的激光连续辐照光学元件直至光学元件发生不可逆损伤的时候，记录激光辐照发次或激光辐照时间；步骤3：将激光辐照发次或激光辐照时间输入至光学元件特定激光参数下的寿命概率函数拟合公式中，获得光学元件的寿命及能量密度、激光辐照发次或激光辐照时间、激光近场分布和激光时间分布。一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试系统，包括激光光源处理发射模块和光学元件测试样品、计数器、损伤诊断模块、位移辅助模块、损伤能量联锁装置、能量控制模块、计算机控制系统和能量吸收装置，所述光学元件测试样品设置在位移辅助模块上；所述位移辅助模块，对光学元件测试样品的位置进行调整；所述激光光源处理发射模块，发射特定激光参数的激光用于照射光学元件测试样品；所述损伤诊断模块，探测光学元件测试样品的损伤程度，探测到光学元件测试样品发生不可逆损伤的时候发出损伤信号；所述损伤能量联锁装置，接收损伤诊断模块所发送的损伤信号并发出触发信号；所述能量控制模块，接收损伤能量联锁装置发送的触发信号并关闭激光光源处理发射模块；所述计数器，接收损伤能量联锁装置所发送的触发信号并停止本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光光学元件寿命概率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：使用设定激光参数下的激光连续辐照光学元件直至光学元件发生不可逆损伤的时候，记录激光辐照发次或激光辐照时间；步骤2：对光学元件的后续测试点重复步骤1的测试，直到测试点个数满足统计概率分布；步骤3：分别统计小于等于设定激光辐照发次或激光辐照时间的测试点中的损伤点数，计算该激光辐照发次或激光辐照时间对应的寿命概率；步骤4：以激光辐照发次或激光辐照时间为自变量，以对应的寿命概率为因变量获得函数离散数值曲线，使用威布尔分布对函数进行数据拟合获得光学元件特定激光参数下的寿命概率函数。

【技术特征摘要】
1.一种激光光学元件寿命概率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：使用设定激光参数下的激光连续辐照光学元件直至光学元件发生不可逆损伤的时候，记录激光辐照发次或激光辐照时间；步骤2：对光学元件的后续测试点重复步骤1的测试，直到测试点个数满足统计概率分布；步骤3：分别统计小于等于设定激光辐照发次或激光辐照时间的测试点中的损伤点数，计算该激光辐照发次或激光辐照时间对应的寿命概率；步骤4：以激光辐照发次或激光辐照时间为自变量，以对应的寿命概率为因变量获得函数离散数值曲线，使用威布尔分布对函数进行数据拟合获得光学元件特定激光参数下的寿命概率函数。2.如权利要求1所述的一种激光光学元件寿命概率测试方法，其特征在于，所述步骤3中的寿命概率为：损伤点数/测试点总数。3.如权利要求1所述的一种激光光学元件寿命概率测试方法，其特征在于，所述步骤4中的寿命概率函数拟合公式为：P为光学元件测试样品在特定激光参数下的寿命概率；T为光学元件测试样品在设定激光参数下的激光辐照发次或激光辐照时间，a、b、γ为待拟合参数；a是函数曲线的尺度参数，b是函数曲线的位置参数，γ是形状参数。4.一种激光光学元件寿命检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获得光学元件在特定激光参数和特定环境参数下的寿命概率函数拟合公式；步骤2：使用设定激光参数下的激光连续辐照光学元件直至光学元件发生不可逆损伤的时候，记录激光辐照发次或激光辐照时间；步骤3：将激光辐照发次或激光辐照时间输入至光学元件特定激光参数下的寿命概率函数拟合公式中，获得光学元件的不同寿命概率下的寿命结果。5.一种激光光学元件寿命检测和寿命概率测试系统，其特征在于，包括激光光源处理发射模块和光学元件测试样品(7)、计数器(6)、损伤诊断模...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴荣声，李杰，丁磊，周信达，郑垠波，徐宏磊，陈波，李文洪，姜宏振，刘勇，李东，刘旭，张霖，杨一，郑芳兰，于德强，马可，石振东，马骅，任寰，张保汉，景峰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51