一種激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種用于多個(gè)效應(yīng)物樣品的聚焦激光輻照實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為研宄某些功能材料、光電器件等對(duì)象的激光輻照效應(yīng)和損傷閾值，開(kāi)展聚焦小光斑激光輻照實(shí)驗(yàn)是重要的技術(shù)手段，需要進(jìn)行批量效應(yīng)物的激光輻照實(shí)驗(yàn)，來(lái)獲取相關(guān)規(guī)律或參數(shù)。
[0003]由于透鏡聚焦的作用，樣品受輻照表面位置的差異會(huì)導(dǎo)致輻照的激光光斑大小不同，從而激光參數(shù)也不相同，這樣會(huì)使得激光輻照效應(yīng)數(shù)據(jù)有較大的不確定性。為此，需要準(zhǔn)確的定位方法，一是要使得同類(lèi)樣品的不同個(gè)體在受輻照時(shí)的表面位置相同，從而使得批量實(shí)驗(yàn)的效應(yīng)物表面激光光斑參數(shù)具有一致性；二是要使得測(cè)量光斑參數(shù)的表面與效應(yīng)物樣品受輻照的表面位置相同，以使測(cè)量的光斑參數(shù)能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際輻照的光斑參數(shù)。
[0004]現(xiàn)有的通過(guò)直尺、卷尺、游標(biāo)卡尺等測(cè)量激光聚焦透鏡和效應(yīng)物表面之間距離的方法在大批量效應(yīng)物激光燒蝕試驗(yàn)中應(yīng)用不便，而且其測(cè)量精度差，給激光損傷閾值測(cè)量、效應(yīng)規(guī)律研宄帶來(lái)了較大的不確定度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，本裝置可以大大減小激光聚焦輻照效應(yīng)物實(shí)驗(yàn)條件下放置樣品與測(cè)量光斑時(shí)位置的不確定性帶來(lái)的輻照激光參數(shù)的不確定性，同時(shí)可對(duì)效應(yīng)物的激光燒蝕光斑進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，提高激光損傷閾值測(cè)量、效應(yīng)規(guī)律研宄的準(zhǔn)確性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]一種激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括聚焦透鏡2、效應(yīng)物固定架6、XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5、Y軸方向電控位移臺(tái)4和視頻顯微鏡I ;效應(yīng)物固定架6固定在XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5上，入射激光3經(jīng)聚焦透鏡2聚焦后沿X軸方向垂直入射至效應(yīng)物表面，視頻顯微鏡I正對(duì)Y軸方向電控位移臺(tái)設(shè)置，其光軸為X軸方向，所述的XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5設(shè)置在Y軸方向電控位移臺(tái)4上，并在Y軸方向電控位移臺(tái)4的帶動(dòng)下，使得效應(yīng)物在所述視頻顯微鏡I的視場(chǎng)和聚焦光束之間往復(fù)移動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)效應(yīng)物燒蝕痕跡的尺度測(cè)量。
[0008]上述激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中，效應(yīng)物為光電器件、光學(xué)元件、涂層材料。
[0009]上述激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中，Y軸方向電控位移臺(tái)4的行程不小于20cm，其分辨率、重復(fù)定位精度均小于3 μπι。
[0010]上述激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中，輻照至效應(yīng)物的激光光斑尺度為數(shù)十微米?數(shù)百微米。
[0011]上述激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中，視頻顯微鏡I具有50mm?120mm的工作距離、50?500倍的光學(xué)放大倍率和1000X 1000的像素分辨率。
[0012]上述激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置中，視頻顯微鏡I內(nèi)置尺寸測(cè)量軟件，可對(duì)視場(chǎng)內(nèi)物體的尺度進(jìn)行測(cè)量。
[0013]一種激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的方法，包括以下步驟:
[0014]【I】輻照光斑的調(diào)試
[0015]在效應(yīng)物固定架上放置測(cè)量光斑用的熱敏紙等燒蝕測(cè)量對(duì)象，利用Y軸方向電控位移臺(tái)和XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的Z軸調(diào)節(jié)，將測(cè)量對(duì)象置于輻照光路正中心；利用XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的X軸調(diào)節(jié)，改變熱敏紙表面相對(duì)聚焦透鏡焦點(diǎn)的位置，改變對(duì)象表面激光光斑的大??；
[0016]【2】視頻顯微鏡參數(shù)的確定
[0017]將經(jīng)過(guò)激光輻照的燒蝕測(cè)量對(duì)象沿Y軸方向平移至視頻顯微鏡的視場(chǎng)中心，記錄平移距離或電機(jī)步進(jìn)的步數(shù)，選擇合適的倍率后調(diào)節(jié)顯微鏡自身的調(diào)焦機(jī)構(gòu)，使燒蝕測(cè)量對(duì)象的變色、燒蝕表面在顯微鏡中呈清晰的像，并用顯微鏡中的尺度測(cè)量軟件測(cè)量變色斑、燒蝕斑尺度作為激光光斑的尺度，重復(fù)步驟【2】，確定合適的光斑大小后，固定顯微鏡調(diào)焦機(jī)構(gòu)；
[0018]【3】效應(yīng)實(shí)驗(yàn)
[0019]將測(cè)量光斑對(duì)象更換為效應(yīng)物樣品，激光輻照后，利用XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和Y軸方向電控位移臺(tái)相配合，將效應(yīng)物受輻照區(qū)域調(diào)節(jié)至顯微鏡視場(chǎng)中心，再利用XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的X軸調(diào)節(jié)，使得樣品受輻照區(qū)域在顯微鏡視場(chǎng)中心成清晰的像，測(cè)量獲得效應(yīng)物上的燒蝕痕跡作為效應(yīng)物的表征參數(shù)；按照前面所記錄的平移距離或電機(jī)步進(jìn)步數(shù)將Y軸方向電控位移臺(tái)返回；
[0020]【4】批量效應(yīng)實(shí)驗(yàn)
[0021]更換下一個(gè)樣品，重復(fù)步驟【3】完成輻照實(shí)驗(yàn)。
[0022]本發(fā)明具有的有益技術(shù)效果如下:
[0023]一、本發(fā)明將中等放大倍率的視頻顯微鏡與較高精度的電控位移臺(tái)相結(jié)合，電控位移臺(tái)具有高的位置重復(fù)精度，能在激光輻照光路與視頻顯微鏡視場(chǎng)中進(jìn)行精確的位置切換；視頻顯微鏡用于將效應(yīng)物表面準(zhǔn)確定位于其成像焦平面，通過(guò)對(duì)成像清晰度的判斷，確保不同效應(yīng)物輻照表面定位的準(zhǔn)確性，確保激光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，同時(shí)視頻顯微鏡還可以并用于燒蝕條件下的輻照激光光斑測(cè)量，直接給出效應(yīng)物在激光輻照下的受損效果表征參數(shù)。
[0024]二、本發(fā)明的激光輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置克服了批量效應(yīng)物在激光輻照時(shí)放置位置不精確帶來(lái)的輻照激光參數(shù)的不確定性，同時(shí)可對(duì)效應(yīng)物的激光燒蝕光斑進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，提高激光損傷閾值測(cè)量、效應(yīng)規(guī)律研宄的準(zhǔn)確性。
[0025]三、本發(fā)明具有簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn)，適用于批量效應(yīng)物的激光輻照實(shí)驗(yàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明裝置原理示意圖。
[0027]圖2為XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中:1 一視頻顯微鏡；2—聚焦透鏡；3—入射激光；4一Y軸方向電控位移臺(tái)；5—XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；6—效應(yīng)物固定架；7—X軸位移部件；8— Z軸位移部件。
【具體實(shí)施方式】
[0029]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的激光聚焦輻照效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，包括聚焦透鏡2、效應(yīng)物固定架6、XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5、Y軸方向電控位移臺(tái)4和視頻顯微鏡I。效應(yīng)物固定架6固定在XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5上，可隨二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)XZ軸方向上的位移，XZ軸方向二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5設(shè)置在Y軸方向電控位移臺(tái)4上可在Y軸方向電控位移臺(tái)作用下，整體實(shí)現(xiàn)Y軸移動(dòng)，從而確保效應(yīng)物具備XYZ三維位移調(diào)節(jié)功能。Y軸方向電控位移臺(tái)4的行程一般不小于20cm，其分辨率、重復(fù)定位精度均小于3 μπι。
[0030]入射激光3經(jīng)聚焦透鏡2聚焦后沿X軸方向垂直入射至效應(yīng)物表面，視頻顯微鏡I正對(duì)Y軸方向電控位移臺(tái)設(shè)置，其光軸為X軸方向。