基于光散射及灰度值作为判据的光学薄膜激光损伤阈值测量系统

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1、基于光散射及灰度值作为判据的光学薄膜激光损伤阈值测量系统　　摘要：　　基于ISO11254国际标准，构建了基于半导体激光光散射检测光学薄膜损伤与否的光学薄膜激光损伤阈值测试系统。运用图像处理以及灰度值作为判断薄膜损伤与否的判据，对TiO2/SiO2增透膜进行了阈值测试。由图像处理可得，当光斑图像有效区域内灰度值最大的前50个像素点的平均灰度值在25到33之间时，该区域为薄膜损伤的临界区域，并将测量结果与在Veeco白光轮廓仪观测到的损伤形貌进行对比，具有较好的一致性。　　关键词：　　光学薄膜；激光损伤阈值；光散射；图像处理；灰度值　　中

2、图分类号：TH74文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2016.06.012　　Abstract：　　ThelaserinduceddamagethresholdtestsystemhasbeenconstructedaccordingtotheinternationalstandardofISO11254whichisbasedonthemeasurementofthescatteredlightofthediodelaser.Imageprocessingalgorithmandthegreylev

3、eloftheimagehavebeenusedtojudgewhetherthefilmhasbeendamaged.ThethresholdofantireflectioncoatingdepositedbyTiO2andSiO2wasperformedaccordingtoISO11254standard，ensuringthecriticalareaofgreylevelisbetween25and33inthetestsystem.Themeasuredresultswerecomparedwiththatofscanning

4、whitelightinterferometryprofilometer.Bothofthemhaveapreferableconsistency.　　Keywords：　　opticalcoatings；laserinduceddamagethreshold（LIDT）；lightscattering；imageprocessing；greylevel　　引言　　随着CO2激光器、化学激光器、板条激光器以及光纤激光器等各?激光器的发展，激光器功率不断取得新的突破，高功率激光器的应用也越来越广泛。而光学薄膜作为光学系统以及某些激光器的重

5、要组成元素一直是激光功率提高的瓶颈[1]，光学薄膜激光损伤的判定与提高也一直是高功率激光系统中的一项关键技术。　　国际标准协会早在1995年便颁布了ISO11254光学表面（薄膜）激光损伤阈值测试标准[2]，但该标准需要采用Nomarski相称显微镜、光斑质量分析仪等设备，因操作复杂及对专业水平要求较高，并不适合企业的流水线化要求。等离子体闪光法、反射率透射率测量法、散射光强测量法等虽然一定程度上消除了显微镜观察法的主观误差，但是因探测器成本昂贵以及对环境要求苛刻等，也决定了其并不能在光学工厂中广泛应用。　　本文按照国际标准ISO112

6、54，建立了基于散射光测量、图像自动处理技术以及灰度值作为判据的光学薄膜激光损伤阈值测量系统。该系统具有成本低、操作简单、稳定性强等优点，能实现薄膜损伤的在线检测和提高检测效率。　　1测量系统工作原理及参数　　1.1光路系统及测试方法　　图1为光学薄膜激光损伤阈值测量系统光路图。激光光源为调QNd：YAG激光器，波长为1064nm，水平线偏振，输出模式为TEM00，脉宽为6.46ns，工作频率为1～10Hz可调。衰减器由未镀膜石英材质半波片与格兰〖CD*2〗泰勒棱镜组成。　　经衰减后的激光经会聚透镜聚焦后照在位于二维平移台上的待测样品上

7、。测量光路由20mW半导体激光器、小孔光阑、扩束镜及CCD/CMOS组成。CCD/CMOS连接电脑，并由程序对激光辐照前后的图像进行处理，以判断损伤与否。激光光斑面积由光敏相纸进行测量，并结合高斯光束理论，对相纸测量结果进行处理与分析，以得到有效光斑面积。　　测量方法采用SON1法，暗场下测量，Nd：YAG激光器采用10Hz重频模式，每个能量下样品选取20个测试点，每个点辐照100次，测试点间的间隔大于3倍样品表面处光斑直径，以避免激光预处理效应的影响[3]。薄膜损伤阈值采用0损伤概率阈值定义，其定义如下：　　1.2系统核心参数的确定　

8、　激光损伤阈值测试系统中主要参数有：激光光束空域与时域分布，单脉冲能量，激光光斑在样品辐照点处的有效光斑面积。　　我们采用半波片不同旋转角度来调节不同脉冲能量，并将能量计放在样品位置处进行定标，以确定半波片