光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的评价方法及由此获得元件最佳加工参数的方法技术

光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的评价方法及由此获得元件最佳加工参数的方法，涉及一种光学元件的表面质量评价方法以及一种获得元件最佳加工参数的方法。所述评价方法为：首先获得原始加工表面的形貌数据矩阵，然后利用功率谱密度法、二维连续小波变换法及傅立叶模方法，获得各个特征频率对应的相对激光损伤阈值，然后选择其中的最小值作为评价结果；所述获得元件最佳加工参数的方法，即利用该评价方法，通过比较各种加工参数条件下得到的光学元件的相对激光损伤阈值，进而获得最优加工参数。本发明专利技术可用于评价光学元件的质量，并可用于指导光学元件的加工过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学元件的表面质量评价方法以及一种获得元件最佳加工参数 的方法。
技术介绍
聚变能源清洁、无污染且几乎取之不尽，是未来解决能源问题的理想途径，目前， 各发达国家对其均给予高度重视。利用激光控制核聚变所需的高功率固体激光驱动器在最 后阶段照射核靶丸时需要提供很高的能量，以实现核聚变点火(点火所需能量为3 IOMJ/ cm2，3 5ns)。但是，由于目前激光驱动器中所采用的各类强光光学元件的激光损伤阈值 比较低(如KDP晶体实际阈值为12 20J/Cm2、lnS)，极大地限制了超大功率固体激光器的能 量输出，使核靶丸很难达到核聚变点火时所需能量要求。现阶段，对于光学元件激光损伤机 理的研究重点集中在材料内部稳态和瞬态缺陷(如位错、内部微裂纹等)、内部是否有杂质 及含量大小(如包裹体、有机物及各种杂质离子等)、材料内部发生的雪崩电离及其引致的 热效应等因素上。对这些影响因素进行合理的控制与消除能够在一定程度上提高元件的抗 激光损伤性，但结果依然远远小于元件的理论阈值(如KDP晶体理论阈值为14(T200 J/cm2、 Ins)。如何进一步提高此类光学元件的激光损伤阈值已成为聚变能否成功的关键技术。研 究表明，光学元件机械加工表面质量(如粗糙度、小尺度波纹等)同样会对其激光损伤阈值 有重要影响。美国“国家点火装置”中的大尺寸KDP晶体元件均采用目前代表世界最高加 工水平的“LLNL”实验室提供的超精密加工方法，以保证被加工元件具有良好的表面质量。 因此，深入了解诸如KDP晶体等强光光学元件机械加工表面质量对其激光损伤阈值的影响 机理并提出可靠的评价方法是目前急需解决的一个关键问题，它也是限制光学元件加工精 度的一个重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决目前尚无用于评价光学元件表面波纹度对光学元件的激光 损伤阈值的影响程度的问题，以及由此导致用于获得元件最优加工参数的方法中存在结果 不准确的问题，提供了一种光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的评价方法及由此 获得元件最佳加工参数的方法。光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的评价方法，它的过程如下 步骤一、利用检测仪器，获取光学元件原始加工表面的形貌数据矩阵；步骤二、根据步骤一获得的形貌数据矩阵，获得光学元件原始加工表面的功率谱密度 曲线，进而获得光学元件原始加工表面的各个特征频率以及每个特征频率的幅值；步骤三、对步骤二获得的每个特征频率，采用二维连续小波变换法提取并再现各特征 频率的三维形貌，并利用傅立叶模方法计算每个特征频率对应的光学元件内部的光强分 布；步骤四、根据步骤三获得的每个特征频率对应的光学元件内部的光强分布，获得每个 特征频率对应的的光学元件内部的光强最大值，进而获得每个特征频率对应的相对激光损 伤阈值；步骤五、对步骤四获得的每个特征频率对应的相对激光损伤阈值进行比较筛选，获得 所有相对激光损伤阈值中的最小值，并将所述最小值作为此次对光学元件评价的结果。由上述光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的评价方法获得元件最佳加 工参数的方法，它的过程如下步骤A1、令 表示机床的加工参数组，其中Cg为加工参数的总数；获得所述加工参数组 中每个加工参数的实际取值范围，其中，参数c(i)的取值范围为 和1/2(0均为实数；步骤A2、对每个加工参数,获得一个优选值，具体过程为在每个加工参数C(Z)的取值范围内，选取g(￡)个等间距的点，在其余加工参数均固定的情况下，分别在该g(O个点的条件下，对光学元件进行加工，获得5(O个光学元件；利用光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的评价方法，获得g(0个光学元件中每个光学元件的评价结果，即获得每个光学元件的相对激光损伤阈 值，然后通过比较筛选，获得相对激光损伤阈值最小的光学元件，并将该光学元件对应的加工参数作为加工参数的优选值，其中 步骤A4、根据步骤二获得的每个加工参数的优选值,获得优选参数组 ，所述优选参数组 即为待加工元件的最佳加工参数组。本专利技术的有益效果本专利技术的评价方法，能够用于评价光学元件表面波纹度对光 学元件的激光损伤阈值的影响程度；本专利技术的获得元件最佳加工参数的方法，利用上述评 价方法，能够获得高加工质量的光学元件。附图说明图1为小尺度波纹的物理模型图；图2为原始加工表面轮廓的功率谱密度曲线图； 图3为利用白光干涉仪获得的原始加工表面的三维形貌结果图；图4为图3中(SSTym)-1W 特征频率的三维形貌图；图5为ΟθβμπιΓ1的特征频率的三维形貌图；图6为(220 μ Hir1W 特征频率的三维形貌图；图7为(176 μ πι)—1的特征频率的三维形貌图；图8为^Ζ.δμπιΓ1的特征频率的三维形貌图；图9为相对激光损伤阈值随空间频率对应波长的变化曲线图； 图10为ΟΑμπιΓ1的特征频率对应的光强分布图；图11为(δδ μπιΓ1的特征频率对应的 光强分布图；图12为^Ζ.δμπιΓ1的特征频率对应的光强分布图；图13为(ΙΠμπιΓ1的 特征频率对应的光强分布图；图14为(176 μ m)—1的特征频率对应的光强分布图；图15为 (335 μ πι)—1的特征频率对应的光强分布图；图16和图17为KDP晶体的激光损伤阈值实验 损伤点的形貌图；图18为KDP晶体的理论激光损伤阈值与实验得到的相对激光损伤阈值的 对比图；图19为特征频率出现次数的统计图；图20为主导特征频率出现次数的统计图；图 21为实验测得的波纹度与进给量、背吃刀量的关系图；图22为本专利技术的评价方法的流程图。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式的光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的 评价方法，它的过程如下步骤一、利用检测仪器，获取光学元件原始加工表面的形貌数据矩阵； 步骤二、根据步骤一获得的形貌数据矩阵，获得光学元件原始加工表面的功率谱密度 曲线，进而获得光学元件原始加工表面的各个特征频率以及每个特征频率的幅值；步骤三、对步骤二获得的每个特征频率，采用二维连续小波变换法提取并再现各特征 频率的三维形貌，并利用傅立叶模方法计算每个特征频率对应的光学元件内部的光强分 布；步骤四、根据步骤三获得的每个特征频率对应的光学元件内部的光强分布，获得每个 特征频率对应的的光学元件内部的光强最大值，进而获得每个特征频率对应的相对激光损 伤阈值；步骤五、对步骤四获得的每个特征频率对应的相对激光损伤阈值进行比较筛选，获得 所有相对激光损伤阈值中的最小值，并将所述最小值作为此次对光学元件评价的结果。步骤一中所述检测仪器为白光干涉仪与原子力显微镜(AFM)，所述白光干涉仪的 型号为Taylorsurf CCI 2000，所述原子力显微镜采用美国DI公司生产的NanoscopeIII型 原子力显微镜。具体实施方式二 本实施方式是对实施方式一的光学元件表面波纹度对其激光损 伤阈值影响的评价方法的进一步说明，步骤二所述内容的具体过程为令ζ Cr)表示步骤一获得的光学元件原始加工表面的形貌数据矩阵，其中Z Cr)中包含 了#个数据点，且每相邻两个数据点具有相同的采样间隔Δχ，整体采样长度为Δχ；功率谱密度定义为波前各频率分量傅立叶频谱振幅的平方，是对光学元件 空间域上的表面轮廓函数作傅立叶变换在频率域上的结果，其一维的定本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学元件表面波纹度对其激光损伤阈值影响的评价方法，其特征在于它的过程如下：步骤一、利用检测仪器，获取光学元件原始加工表面的形貌数据矩阵；步骤二、根据步骤一获得的形貌数据矩阵，获得光学元件原始加工表面的功率谱密度曲线，进而获得光学元件原始加工表面的各个特征频率以及每个特征频率的幅值；步骤三、对步骤二获得的每个特征频率，采用二维连续小波变换法提取并再现各特征频率的三维形貌，并利用傅立叶模方法计算每个特征频率对应的光学元件内部的光强分布；步骤四、根据步骤三获得的每个特征频率对应的光学元件内部的光强分布，获得每个特征频率对应的的光学元件内部的光强最大值，进而获得每个特征频率对应的相对激光损伤阈值；步骤五、对步骤四获得的每个特征频率对应的相对激光损伤阈值进行比较筛选，获得所有相对激光损伤阈值中的最小值，并将所述最小值作为此次对光学元件评价的结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁迎春，陈明君，李明全，姜伟，王健，许乔，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]