激光晶体热应力双折射系数测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光晶体热应力双折射系数测量装置及其方法。该装置包含模拟光路和检测光路，检测光路和模拟光路均聚焦于样品的测试点上。将样品放置于该装置中后调节所负载激光的功率，可得到不同负载条件下样品的热应力双折射系数。该方法包括以下步骤：将样品置于如上述的装置中，打开模拟光路向样品内测试点聚焦激光至样品发生热应力双折射；步骤S200：打开检测光路向测试点聚焦起偏的探测光，记录从样品离开，并经检偏器检偏的分光光强；步骤S300：按照下式计算得到相位延迟量Φ：(Ip‑Ic)/(Ip+Ic)＝cosΦ其中，Ip和Ic为分光光强。该方法利用起偏‑检偏探测光，探测发生热应力双折射的激光晶体产生的相位延迟量Φ。该方法测量结果准确，避免人工误差。

Device and method for measuring thermal stress birefringence coefficient of laser crystal

The invention discloses a device for measuring the thermal stress birefringence coefficient of a laser crystal and a method thereof. The device includes an analog light path and a detection light path. Both the detection light path and the analog light path focus on the test point of the sample. The thermal stress birefringence coefficients of the samples under different loading conditions can be obtained by placing the samples in the device and adjusting the laser power. The method comprises the following steps: placing the sample in a device as described above, turning on an analog light path to focus the laser beam in the test point of the sample to produce thermal stress birefringence; opening a detection light path to focus the polarized probe light at the test point, recording the light intensity of the spectrometer leaving the sample and being polarized by a polarizer; The phase delay_: (Ip_Ic) / (Ip+Ic) = cos_is calculated according to the following formula, where Ip and Ic are spectroscopic intensities. The method detects the phase delay_produced by a laser crystal with thermal stress birefringence by polarization detection. The method is accurate and avoids manual error.

【技术实现步骤摘要】
激光晶体热应力双折射系数测量装置及其方法
本专利技术涉及一种激光晶体热应力双折射系数测量装置及其方法，属于测量材料双折射领域。
技术介绍
目前，激光技术发展迅猛，应用范围涉及军事、航空航天、医疗、通讯等诸多领域，是世界上竞争最激烈的高
之一。激光材料是激光技术发展的基础，其材料主要为光学晶体。随着高能激光的发展，对晶体材料提出越来越高的要求，而晶体材料由于制造工艺(生长工艺)、原材料杂质的存在，不可避免地存在缺陷。缺陷已经成为晶体在强激光领域应用的一个重要制约瓶颈。不仅给装调带来麻烦，还使激光光束质量劣化、材料性能退化、成像质量以及出射光偏振度变差甚至使激光器无法工作。晶体的应力双折射系数是表征双折射晶体光学性质的重要参量，也是衡量激光晶体物理特性的最重要的物理量。测量应力双折射系数可以检测生长和加工过程中出现的偏差。还能获知晶体在制备过程中由于熔体温度波动、籽晶缺陷延伸、原料杂质等因素，导致晶体内部出现的缺陷的相关情况。实现晶体缺陷的形态、位置和分布密度等参数的精确测量，是消除缺陷提高激光晶体质量的首要前提条件。但晶体的双折射率具有对温度的敏感性，使得双折射率存在不可忽略的温度效应。激光器使用过程中，增益介质中的泵浦光只有少部分能转化为激光输出，其余大部分都以热能形式释放，释放的热量经常造成激光器中的光学激光晶体形变。形变的激光晶体在自身压力或张力的作用下，会产生应力双折射现象。由于激光器释放的热量会随激光器工作负载的调整而改变，随着热量的改变，激光晶体形变量也会发生改变。这种受激光器释放热量影响的光学晶体应力双折射现象称为热应力双折射现象。现有晶体双折射系数的测量方法主要有补偿法、偏光干涉法、光强法、调制法、光谱扫描法等。如干涉法，Zygo公司采用迈克尔逊干涉仪或斐索干涉仪光路，将通过待测元件前后的光分别进行偏振态转换，获取o光和e光两束光的干涉条纹，分析得到待测样品的双折射系数。如干涉色法利用线偏振光干涉，由干涉色的识别来确定光程差的大小。然而，上述测量方法，只能用于检测在非工作状态下的固定的晶体双折射系数。而热应力双折射现象随激光器的负载的改变而改变，如激光器的外场作用一旦撤离，光学晶体的形变也会随之发生改变，在无激光器负载条件下，无法测量得到存在负载时的晶体热应力双折射系数。现有技术中缺乏一种可以实时测量工作中，激光晶体热应力双折射系数的装置或方法。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种能获取实时双折射系数的激光晶体热应力双折射系数测量装置，该装置能检测激光晶体在不同激光负载条件下，所产生的应力双折射系数。避免了人工手动测量的误差，同时实现了在晶体负载激光的条件下，及时获取双折射系数，所得结果准确实时。本专利技术提供的激光晶体热应力双折射系数测量装置，包括：模拟光路和检测光路，检测光路和模拟光路聚焦于样品的测试点上；检测光路包括：探测光源、起偏器、检偏器和光检测装置；探测光源与样品光路连接，连接探测光源与样品的光路通过起偏器；光检测装置与样品光路连接，连接光检测装置与样品光路通过检偏器。可选地，本专利技术的激光晶体热应力双折射系数测量装置，包括：用于在样品上负载激光的模拟光路和用于检测样品双折射系数的检测光路，检测光路和模拟光路均聚焦于样品的测试点上；检测光路包括：用于发射探测光的探测光源，用于起偏探测光的起偏器、用于检测探测光的检偏器和用于处理探测光的光检测装置，探测光源与样品通过起偏器光路连接，光检测装置与样品通过检偏器光路连接。优选地，光检测装置包括CCD探测器，CCD探测器与检偏器光路连接；激光晶体热应力双折射系数测量装置还包括显微镜组，显微镜组设置于样品的出光面外侧，并分别与样品和检偏器光路连接；检偏器包括第一检偏器和第二检偏器，第一检偏器的偏振方向平行于起偏器偏振方向；第二检偏器的偏振方向垂直于起偏器偏振方向。优选地，激光晶体热应力双折射系数测量装置还包括分光镜，分光镜将从样品出光面出射的探测光分为两束后，分别与第一检偏器和第二检偏器光路连接；第一检偏器为+45°检偏器；第二检偏器为-45°检偏器；起偏器为45°起偏器；CCD探测器的帧率为30帧以上；探测光源的功率为1～10mW。优选地，模拟光路包括：泵浦光源模块，泵浦光源模块与样品光路连接。优选地，泵浦光源模块包括至少一个泵浦光源和聚焦光路，泵浦光源与聚焦光路光路连接，泵浦光源出射的激光经过聚焦光路后聚焦于样品。优选地，泵浦光源为2个；泵浦光源的激光波长为1064nm时，聚焦点光斑半径为20-100μm，泵浦光源的激光波长为633nm时，聚焦点光斑半径为50-200μm；泵浦光路的聚焦点功率密度调整范围为0～1.60MW/cm2；泵浦光源的波长为1064nm和/或633nm。优选地，样品放置于样品架上，样品架为由各向同性透明材料制成。优选地，样品架由电机驱动进行三维扫描移动，电机的最小步长为0.1mm。优选地，模拟光路还包括第一功率计和第二功率计，泵浦光源包括第一泵浦光源和第二泵浦光源，第一泵浦光源出射的光经过样品后与第一功率计光路连接；第二泵浦光源出射的光经过样品后与第二功率计光路连接。本专利技术的另一方面还提供了一种激光晶体热应力双折射系数测量方法，包括以下步骤：步骤S100：将样品置于如上述的激光晶体热应力双折射系数测量装置中，打开模拟光路向样品内测试点聚焦激光至样品发生热应力双折射；步骤S200：打开检测光路向测试点聚焦起偏的探测光，记录从样品离开，并经检偏器检偏的分光光强；步骤S300：按照下式计算得到相位延迟量Φ：(Ip-Ic)/(Ip+Ic)＝cosΦ其中，Ip和Ic为分光光强，根据所述相位延迟量Φ计算得到所述激光晶体热应力双折射系数。本专利技术能产生的有益效果包括：1)本专利技术所提供的激光晶体热应力双折射系数测量装置，能实时检测不同激光负载下，激光晶体产生的应力双折射系数，从而得到能反映晶体内部情况的基础信息。2)本专利技术所提供的激光晶体热应力双折射系数测量装置，以双检偏器光强法结合了偏光干涉法和光强法的优势特点，根据“起偏-检偏”原理得到样品的双折射系数，并用CCD测量光强取代干涉条纹法计算光强，最后通过计算得到样品的应力双折射系数。该装置既保留了偏光干涉法测量精度高的特点，又可以对样品进行线测量或面测量，并且不会因为操作人员的个体差异而造成误差，适用于测量模拟激光负载情况，激光材料的热应力双折射系数。3)本专利技术所提供的激光晶体热应力双折射系数检测方法，模拟激光热效应作用于激光晶体后，利用起偏-检偏探测光，探测发生热应力双折射的激光晶体产生的相位延迟量Φ。该方法测量结果准确，避免人工误差。附图说明图1为本专利技术优选实施例中的模拟光路示意图；图2为本专利技术优选实施例中的检测光路示意图；图3为本专利技术优选实施例中的激光晶体热应力双折射系数检测方法流程示意框图。部件和附图标记列表：部件名称附图标记第一泵浦光源110第二泵浦光源120聚焦光路130样品架140样品160第一功率计180第二功率计190探测光源210起偏器220分光镜240第一检偏器251第二检偏器252光检测装置270具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。本文中，样品160为待检测的激光晶体材料，该材料可以为各类形状，但均包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光晶体热应力双折射系数测量装置，其特征在于，包括：模拟光路和检测光路，所述检测光路和所述模拟光路聚焦于样品的测试点上；所述检测光路包括：探测光源、起偏器、检偏器和光检测装置；所述探测光源与所述样品光路连接，连接所述探测光源与所述样品的光路通过所述起偏器；所述光检测装置与所述样品光路连接，连接所述光检测装置与所述样品光路通过所述检偏器。

【技术特征摘要】
1.一种激光晶体热应力双折射系数测量装置，其特征在于，包括：模拟光路和检测光路，所述检测光路和所述模拟光路聚焦于样品的测试点上；所述检测光路包括：探测光源、起偏器、检偏器和光检测装置；所述探测光源与所述样品光路连接，连接所述探测光源与所述样品的光路通过所述起偏器；所述光检测装置与所述样品光路连接，连接所述光检测装置与所述样品光路通过所述检偏器。2.根据权利要求1所述的激光晶体热应力双折射系数测量装置，其特征在于，所述光检测装置包括CCD探测器，所述CCD探测器与所述检偏器光路连接；所述激光晶体热应力双折射系数测量装置还包括显微镜组，所述显微镜组设置于所述样品的出光面外侧，并分别与所述样品和所述检偏器光路连接；所述检偏器包括第一检偏器和第二检偏器，所述第一检偏器的偏振方向平行于所述起偏器偏振方向；所述第二检偏器的偏振方向垂直于所述起偏器偏振方向。3.根据权利要求2所述的激光晶体热应力双折射系数测量装置，其特征在于，所述激光晶体热应力双折射系数测量装置还包括分光镜，所述分光镜将从所述出光面出射的探测光分为两束后，分别与所述第一检偏器和所述第二检偏器光路连接；所述第一检偏器为+45°检偏器；所述第二检偏器为-45°检偏器；所述起偏器为45°起偏器；所述CCD探测器的帧率为30帧以上；所述探测光源的功率为1～10mW。4.根据权利要求1～3中任一项所述的激光晶体热应力双折射系数测量装置，其特征在于，所述模拟光路包括：泵浦光源模块，所述泵浦光源模块与所述样品光路连接。5.根据权利要求4所述的激光晶体热应力双折射系数测量装置，其特征在于，所述泵浦光源模块包括至少一个泵浦光源和聚焦光路，所述泵浦光源与所述聚焦光路光路连接，所述泵浦光源出射...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少凡，徐鸿锋，王帅华，郑熠，黄鑫，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35