基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置。解决了等离子体闪光法对薄膜损伤识别的误判问题，技术方案是：用至少三个探测器分别获取空气和薄膜等离子体闪光信号及入射激光信号，以后者为基准，得到空气和薄膜等离子体闪光点燃时间，准确分辨出空气和薄膜等离子体闪光，消除误判。实现步骤是分别采集基准和闪光信号；获取基准和闪光信号起始时刻；以基准和闪光信号起始时刻之差作为闪光点燃时间；建模计算闪光点燃时间；比较并得出损伤识别判据。本发明专利技术建立的点燃时间计算模型，可针对任意单层薄膜；装置结构简单，测量精度达0.1ns，能准确进行薄膜损伤识别，可靠性好。本发明专利技术应用于强激光作用下的光学薄膜损伤判别。

A Method and Device for Discrimination of Film Damage Based on the Time of Plasma Ignition

The invention discloses a method and device for identifying film damage based on plasma ignition time. The problem of misjudgement of thin film damage identification by plasma flash method has been solved. The technical scheme is that at least three detectors are used to obtain air and thin film plasma flash signals and incident laser signals respectively. The later is used as the reference to obtain the ignition time of air and thin film plasma flash, and to distinguish air and thin film plasma flash accurately, so as to eliminate misjudgement. The realization steps are to collect the reference and flash signal separately, to obtain the starting time of the reference and flash signal, to take the difference between the reference and the starting time of the flash signal as the flash ignition time, to model and calculate the flash ignition time, and to compare and obtain the damage identification criteria. The calculating model of ignition time established by the invention can be used for any single layer thin film, and the device has simple structure, measurement accuracy of 0.1ns, accurate identification of thin film damage and good reliability. The invention is applied to damage discrimination of optical thin film under intense laser action.

【技术实现步骤摘要】
基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置
本专利技术属于光学测试
，主要涉及薄膜的损伤探测，具体是一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置，用于高能激光作用下的薄膜损伤识别。
技术介绍
薄膜的光学现象早在17世纪就为人们所注意，20世纪30年代以后，因为真空技术的发展给各种光学薄膜的制备提供了先决条件，时至今日，光学薄膜已得到很大发展，光学薄膜的生产已逐步走向系列化、程序化和专业化，但是，在光学薄膜的研究中还有不少问题有待进一步解决，光学薄膜现有的水平在不少工作中还不能满足要求，需要提高。在理论上，不但薄膜的生长机理需要搞清，而且薄膜的光学理论，特别是应用于极短波段的光学理论也有待进一步完善和改进。在工艺上，人们还缺乏有效的手段实现对薄膜淀积参量的精确控制，这样，薄膜的生长就具有一定程度的随机性，薄膜的光学常数、薄膜的厚度以及薄膜的性能也就具有一定程度的不稳定性和盲目性，这一切都限制了光学薄膜质量的提高。就光学薄膜本身来说，除了光学性能需要提高，吸收、散射等光损耗需要减少之外，它的机械强度、化学稳定性和物理性质都需要进一步改进。在激光系统中，光学薄膜的抗激光强度较低，这是光学薄膜研究中最重要的问题之一。光学薄膜的抗激光作用能力的强弱常用光学薄膜激光损伤阈值(LIDT)大小来评价，光学薄膜的LIDT越大，其抗激光作用能力越强，而薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测量与薄膜是否损伤的判定，二者是密不可分的，要准确测量薄膜激光损伤阈值(LIDT)，就必须准确地判断薄膜是否发生了损伤。因此，研究光学薄膜的抗激光作用能力，就必须研究激光薄膜损伤识别。目前判别薄膜损伤的方法各有优缺点：相衬显微镜法判定损伤具有直观准确的优点，但价格昂贵，比较费时，不能给出量值化的损伤结果；He-Ne光强散射法对薄膜中的杂质、缺陷以及工作环境很敏感，实验误差相对较大。光热偏转法较相衬显微镜观测法更加灵敏，但对测试环境的要求较高，且实验的搭建较复杂；声光法具有较高的测试灵敏度，但是噪声对其结果影响较大，容易产生误判现象。上述几种方法在激光薄膜损伤识别中受到了光学工作者的广泛关注，并且目前还正在进行着不断研究。它们分别用不同的原理来探测薄膜的激光损伤程度，各有优点，但也都存有不足。所以，激光诱导薄膜损伤识别研究是一项需要长期坚持的基础工作，只有损伤识别可靠，测量得到的LIDT的准确度才能提高。传统等离子体闪光法判别薄膜损伤的原理示意图如图1所示。强激光依次经过衰减器、聚焦系统、分束器后聚焦于被测样品台处的薄膜附近，若激光能量超过薄膜被击穿所需的能量阈值，就会产生等离子体闪光，若有闪光发生，由探测元件采集闪光并将闪光信号转换为电信号传送给计算机，由此判断薄膜已经损伤。实际上，激光在传输过程中，当入射激光能量密度超过空气击穿阈值时，也会产生空气等离子体闪光，这种空气等离子体闪光将会对薄膜等离子体闪光造成干扰，导致探测元件无法分辨探测的信号是空气还是薄膜的等离子体闪光信号而发生薄膜损伤误判现象。这种误判现象最直接的影响结果就是导致薄膜激光损伤阈值(LIDT)的测量不准确，进而，不准确的LIDT值影响光学薄膜抗激光作用能力的评价。要准确进行薄膜损伤识别，得到准确的薄膜激光损伤阈值(LIDT)值，对光学薄膜抗激光作用能力进行正确评价，就必须消除这种误判现象。光学薄膜技术已广泛用于光学和光电子
，制造各种光学仪器。比如：高精度探测器，集成度非常高的计算机芯片，精准武器系统等。因为光学薄膜的厚度大多在纳米到微米数量级，所以薄膜材料，薄膜制备工艺，以及薄膜测试等环节的要求都非常高，对于薄膜测试环节来说，最重要的问题就是测试薄膜的抗激光能力，在用传统等离子体闪光法识别薄膜损伤时，即使空气和和薄膜产生的等离子体闪光点燃时刻相差为纳秒量级甚至更小，也会给薄膜的抗激光能力的测试带来错误的判断和计算结果，目前，无论是相衬显微镜法，He-Ne光强散射法，光热偏转法，声光法还是传统等离子体闪光法，都不能准确识别空气和薄膜的等离子闪光，空气和薄膜的等离子闪光的无法区分直接导致了传统等离子体闪光法识别薄膜损伤的频繁误判，随之影响光学薄膜抗激光作用能力的评价，因此，传统等离子体闪光法并未得到广泛应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种能够准确进行薄膜损伤识别的基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置。本专利技术是一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法，包括有如下步骤：步骤一用不同的探测器采集基准信号和闪光信号：用不同光电探测器分别采集入射激光信号、空气和薄膜等离体子闪光信号，把所有采集信号同步送入信号接收装置并显示各自信号波形；步骤二获取基准信号和闪光信号起始时刻：将信号接收装置中的入射激光信号、空气和薄膜等离子体闪光信号数据进行处理，以入射激光信号为基准信号，获取入射激光信号、空气等离子体闪光信号和薄膜等离子体闪光信号各自的起始时刻；步骤三以基准信号和闪光信号起始时刻之差作为等离子体闪光点燃时间：以入射激光信号与空气等离子体闪光信号的起始时刻之差作为空气等离子体闪光点燃时间；以入射激光信号与薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差作为薄膜等离子体闪光点燃时间；步骤四建模并计算等离子体闪光点燃时间：对空气等离子体闪光点燃时间建模，利用空气击穿过程中的电子密度ne随时间t的变化率公式得到空气等离子体闪光点燃时间tb；对薄膜等离子体闪光点燃时间建模，计算得到薄膜等离子体点燃时间tm；步骤五判断：对比空气等离体子闪光点燃时间tb和薄膜等离体子闪光点燃时间tm，当tb＝tm时，说明空气和薄膜等离体子闪光同时产生，此现象发生几率很小；当tb≠tm时，空气和薄膜等离体子闪光未同时产生，可准确分辨；步骤六损伤识别技术判据：当tb＜tm时，空气等离子体闪光先于薄膜等离子闪光发生，以后面闪光信号为判别薄膜损伤信号；当tb＞tm时，薄膜等离子体闪光先于空气等离子闪光发生，以前面闪光信号为判别薄膜损伤信号，以判别出的薄膜损伤信号送入计算机参与薄膜的损伤识别，获得更加准确的薄膜损伤数据。本专利技术还是一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的装置，由激光器发出的强激光经过滤光片、衰减器，并由聚焦系统聚焦于被测样品台处的薄膜附近诱导薄膜被击穿而产生等离子体闪光，用探测器接收闪光，能量计实时读取分束器的反射光能量，计算机为操作控制台，其特征在于，所述探测器至少为三个，其中两个分别置于水平面上沿激光出射方向闪光信号的左右对称位置，左侧为薄膜等离子体闪光信号探测器，右侧为空气等离子体闪光信号探测器，另外一个入射激光信号探测器设置在聚焦透镜侧方，入射激光信号探测器前加设有衰减片组，探测器采集入射激光和等离子体闪光信号并转换为电信号，以上探测器所得信号同步传输至信号接收装置。本专利技术针对传统等离子体闪光法判别薄膜损伤存在的误判现象，在传统等离子体闪光法识别薄膜损伤基础上提出了一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置。与现有技术相比，本专利技术的技术优势：1、传统等离子体闪光法识别薄膜损伤时，因探测元件设置的原因，极易把空气和薄膜产生的等离子体闪光混淆而产生误判，强激光作用于薄膜表面时，空气等离子体闪光会伴随薄膜等离子体闪光产生，在现有的薄膜损伤判定方法中，都没本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤一 用不同的探测器采集基准信号和闪光信号：用不同光电探测器分别采集入射激光信号、空气和薄膜等离体子闪光信号，把所有采集信号同步送入信号接收装置并显示各自信号波形；步骤二 获取基准信号和闪光信号起始时刻：将信号接收装置中的入射激光信号、空气和薄膜等离子体闪光信号数据进行处理，以入射激光信号为基准信号，获取入射激光信号、空气等离子体闪光信号各自的起始时刻；步骤三 以基准信号和闪光信号起始时刻之差作为等离子体闪光点燃时间：以入射激光信号与空气等离子体闪光信号的起始时刻之差作为空气等离子体闪光点燃时间；以入射激光信号与薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差作为薄膜等离子体闪光点燃时间；步骤四 建模并计算等离子体闪光点燃时间：对空气等离子体闪光点燃时间建模，利用空气击穿过程中的电子密度ne随时间t的变化率公式得到空气等离子体闪光点燃时间tb；对薄膜等离子体闪光点燃时间建模，计算得到薄膜等离子体点燃时间tm；步骤五 判断：对比空气等离体子闪光点燃时间tb和薄膜等离体子闪光点燃时间tm，当tb＝tm时，说明空气和薄膜等离体子闪光同时产生，此现象发生几率很小；当tb≠tm时，空气和薄膜等离体子闪光未同时产生，可准确分辨；步骤六 损伤识别技术判据：当tb＜tm时，空气等离子体闪光先于薄膜等离子闪光发生，以后面闪光信号为判别薄膜损伤信号；当tb＞tm时，薄膜等离子体闪光先于空气等离子闪光发生，以前面闪光信号为判别薄膜损伤信号，以判别出的薄膜损伤信号送入计算机参与薄膜的损伤识别，获得更加准确的薄膜损伤数据。...

【技术特征摘要】
2018.05.14 CN 20181045763711.一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤一用不同的探测器采集基准信号和闪光信号：用不同光电探测器分别采集入射激光信号、空气和薄膜等离体子闪光信号，把所有采集信号同步送入信号接收装置并显示各自信号波形；步骤二获取基准信号和闪光信号起始时刻：将信号接收装置中的入射激光信号、空气和薄膜等离子体闪光信号数据进行处理，以入射激光信号为基准信号，获取入射激光信号、空气等离子体闪光信号各自的起始时刻；步骤三以基准信号和闪光信号起始时刻之差作为等离子体闪光点燃时间：以入射激光信号与空气等离子体闪光信号的起始时刻之差作为空气等离子体闪光点燃时间；以入射激光信号与薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差作为薄膜等离子体闪光点燃时间；步骤四建模并计算等离子体闪光点燃时间：对空气等离子体闪光点燃时间建模，利用空气击穿过程中的电子密度ne随时间t的变化率公式得到空气等离子体闪光点燃时间tb；对薄膜等离子体闪光点燃时间建模，计算得到薄膜等离子体点燃时间tm；步骤五判断：对比空气等离体子闪光点燃时间tb和薄膜等离体子闪光点燃时间tm，当tb＝tm时，说明空气和薄膜等离体子闪光同时产生，此现象发生几率很小；当tb≠tm时，空气和薄膜等离体子闪光未同时产生，可准确分辨；步骤六损伤识别技术判据：当tb＜tm时，空气等离子体闪光先于薄膜等离子闪光发生，以后面闪光信号为判别薄膜损伤信号；当tb＞tm时，薄膜等离子体闪光先于空气等离子闪光发生，以前面闪光信号为判别薄膜损伤信号，以判别出的薄膜损伤信号送入计算机参与薄膜的损伤识别，获得更加准确的薄膜损伤数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏俊宏，汪桂霞，徐均琪，时凯，梁海锋，杨利红，吴慎将，万文博，李建超，黄钉劲，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61