范文一:光学玻璃内透过率测试新方法
第 27 卷 第 3 期 激 光 技 术 Vol. 27 ,No. 3 2003 年 6 月 J une ,2003 LASER TECHNOLO GY
() 文章编号 : 100123806 20030320197202
光学玻璃内透过率测试新方法
田丰贵
()成都光明光电信息材料有限公司 ,成都 ,610051
摘要 : 叙述了采用双样品 ,分别单独测试和计算光学玻璃内透过率的一种新方法 。重点叙述了计算公式的理 论推导 ,并简要说明了目前采用方法的优缺点 。
关键词 : 内透过率 ;郎伯定律 ;双样品双光束 ;双样品单光束
中图分类号 : O435 文献标识码 : A
A ne w method to measure internal transmittance of optical glass
Tian Fenggui
()Chengdu Guangming Optoelectronic Information Material Co. Ltd ,Chengdu ,610051
Abstract : The new method is to test and calculate internal transmittance of optical glass with two samples. The paper
focuses on theoretical inference of the calculating formula and briefly illustrates the advantages and disadvantages of the
method.
Key words : internal transmittance ;Lambert law ;two samples ;single beam
了解决 。因此 ,现在光学设计对光学玻璃的内透过 引 言 率十分重视 ,特别是像神光 ?、光刻机等 ,在这些光 所谓内透过率是指光学玻璃在“去掉”其表面反 学系统中使用的光学材料 ,要求其内透过率是非常 射损失时的透过率 。如何“去掉”表面反射损失 ,在 高的 。因此 ,必须不断研究 ,采用科学合理的方法 , 实际测量中目前主要有两种方法 ,第 1 种方法是 :采 准确测量其内透过率 。
用单样品测试计算法 ,即先用分光光度计测出样品
1 现行内透过率测试方法的优缺点 在某一波长处的一般透过率 T, 然后利用下式计 λ
τ1. 1 单样品测试计算法 算出内透过率 :λ
(该方法的优点是简单易行 ,对仪器要求不高 单 τΡ()= T/ 1λ λλ 2 ( ) 式中 , P= 2 n/ n+ 1被称为反射损失系数 。这 λ λλ ) 光束仪器即可,对样品加工要求低 ,单件加工 ,达到 种方法是最早采用的测试方法 。第 2 种方法就是目 Δ光洁度 B = ?,平面度 N = 3 ,N = 0. 5 ,平行度 ? 2′[ 1 ] 前国标 GB7962. 12287 规定的方法。 () n即可 。其缺点主要有 : 1计算内透过率必须知道 λ 无色光学玻璃在可见区和近红外区的内透过率 τ才能计算出 P, 从而也才能计算出 ,因此 ,该 λ λ 方法
(是非常高的 ,可以达到 99. 6 %,99. 8 % 以样品厚 () 计不能测试和计算任意波长的内透过率 ; 2由于
) 度 10mm 为例,高质量的光学玻璃甚至可以达到 算内透过率涉及 T和 n,两者都存在一定的测 λ λ 试误99. 9 % ,也就是说玻璃内部的吸收是非常小的 。光 差 ,因此 ,计算出的内透过率值误差较大 。 (学玻璃的一般透过率之所以较低 比如 , K9 最高不 1. 2 国标 GB7962. 12287 ) 超过 92 % , ZF14 最高不会超过 82 %,主要是两个 该方法是一种采用双样品双光束直接抵扣反射 表面的反射损失较大造成的 ,并且玻璃的折射率越 损失的理论方法 ,优点是可以直接测量任意波长的 高 ,其反射损失越大 。但随着镀膜技术的发展和提 () 内透过率 ,并且不需要知道 n。其缺点主要有 : 1λ高 ,采用表面镀增透膜的方法已经使这一问题得到 对仪器要求高 ,必须是高精度的双光束分光光度计 ,
作者简介 :田丰贵 ,男 ,1953 年 1 月出生 。研究员级高 () 并且透过率测试精度要优于 ?0. 1 % ; 2样品加工 级工程师 。现从事光学材料测试技术的研究 。 十分困难 ,要使厚度不同的两块样品的表面加工质 收稿日期 :2001209217 ;收到修改稿日期 :2002210214 量完全一致 ,在实际加工中是很难实现的 ,而该方法
198 激 光 技 术 2003 年 6 月
恰恰就是建立在两块样品表面质量完全一致的理论 2. 3 样品要求
() 基础上的 ,否则该方法在理论上就是不成立的 ; 3与国标 GB9962. 12287 要求基本相同 。但厚度 即使样品加工达到了要求 ,由于无色光学玻璃的内 控制精度可以放宽 ,只要保证两样品的厚度有足够 透过率可以达到 99. 6 %, 99. 9 % ,已经达到了仪器 的差值即可 。根据仪器样品夹的大小 , 可以将 d1 的满量程 ,这种满量程的测试值很难说它是准确的 。 定为仪器样品夹所能夹持的最大厚度 , d有 3mm 2
,5mm 厚即可 。适当增大 d- d的值 , 以避免 1 2 2 内透过率测试新方法
T与 T的值太接近 ,增大测试误差 。 1λ2λ该方法是一种双样品单光束测试计算法 ,下面 2. 4 测试与计算 就计算公式的推导 、具体测试方法及该方法的主要 () 1在仪器预热和自校完毕后 ,调准仪器的 0 % 优缺点等作简要介绍 。 和 100 % ,然后 ,将样品放入样品夹并选定测试波长 , 2. 1 计算公式的推导 () 分别测定出 T和 T; 2用千分尺测定 d和 d; 1λ2λ1 2 [ 2 ] () () () 根据 1式和郎伯定律: 3将 T, T代入 5式 ,即可计算出厚度 1λ2λ, d, d 12dd2 1 ττ()= 2 τ ( ( ) 1 2 为 d 时的内透过率值= T / T d/ d - d ) 1 2, 如λ λ λ 12
τ果 d- d刚好就是指定的测试厚度 ,其结果就等 式中 , d, d为样品厚度 , d> d;为样品厚度为 1 2 1 2 1 2 1
ττd时的内透过率 ;为样品厚度为 d时的内透过 于 = T/ T。 1 2 2 λ 1λ2λ
率 。 3 结 论
假设已测得两个样品在某一波长的一般透过率 根据以上叙述可以看出 ,该方法不仅克服了单 () τ分别为 T和 T,根据 1式 ,则有 := T/ P, 1λ2λ 1λ 1λλ 样品测试计算法不能测试任意波长内透过率的缺 τ= T/ P。 2λ 2λλ ,而且也克服了双样品双光束直接测量中满量程 点() ττ利用 2式 ,将 和都换算成样品厚度为 d 1λ2λ测试不准的缺点 。该方法通过两次应用郎伯定律 , τ时的内透过率,则有 :λ
ddd 巧妙地去掉了表面反射损失系数 P, 从而导出了 λ 1τ τ( ) ()= = T/ P 3 λ 1 1λλλ () () 5式和 6式 ,从公式可以看出 ,只需测定出两个样 ddd 2τ( ) (τ = = T/ P )λ 2 2λλ4 λ
品的一般透过率 T和 T, 和样品厚度 d和 d, 1λ2λ 1 2 () () 由 3式除以 4式得 : ( )d- d (代入公式 ,即可计算出所需厚度 等于两个被测样品 d1 2τ ( ) λ = T/ T 1λ2λ) 厚度之差的内透过率 。因此 ,该方法不仅体现了现 d/ ( d- d) 1 2τ( ) ()即 : λ = Tλ/ Tλ5 12,而且克服了各自的缺点 ,是一种 行两种方法的优点 () 如果 d- d= d , 则 5式变为 : 1 2 易于有效实施的方法 。 τ() = T/ T6λ 1λ2λ 参 考 文 献 () () 5式 、6式就是笔者推导出的理论计算公式 。 [ 1 ] 卿尚平 ,杨有金. 无色光学玻璃测试方法. 北京 : 中国标准出版 2. 2 仪器 社 ,1989 :44,45 .
() [ 2 ] 田丰贵. 激光技术 ,1987 ,11 2:42,46 . 单光束或双光束分光光度计 ,透过率测试精度 :
优于 ?0. 3 %。
范文二:激光损伤光学玻璃的微区透过率研究
第41卷第12期激光与红外LASER
&
INFRARED
Vol.41,No.12December ,2011
2011年12月
5078(2011)12-1351-04文章编号:1001-
·光电技术与系统·
激光损伤光学玻璃的微区透过率研究
谭
勇,蔡红星,张喜和,金光勇,张
宇,高
勋,刘丽炜
(长春理工大学理学院,吉林长春130022)
要:激光微小光斑损伤光学玻璃,其损伤区域的线径仅几百微米,用传统方法很难测试其
透过率。本文提出一种微区透过率测试方法和算法,用透镜将金相显微镜和光纤光谱仪耦合摘
成一套测试设备,该测试设备在定量分析损伤区域大小和形貌的同时,检测此区域损伤前后的透射光谱曲线,并利用算法计算光谱透过率。最终,根据光谱透过率获得激光损伤光学玻璃的阈值。
关键词:显微;光谱透过率;微区检测;损伤阈值;光学玻璃
DOI :10.3969/j.issn.1001-5078.2011.12.013中图分类号:O432文献标识码:A
Micro-transmittance detection of optic glasses damaged by laser
TAN Yong ,CAI Hong-xing ,ZHANG Xi-he ,JIN Guang-yong ,ZHANG Yu ,GAO Xun ,LIU Li-wei
(Academic of Science ,Changchun University of Science and Technology ,Changchun 130022,China )
Abstract :Area of optical glass damaged by laser is only several hundred microns.Its transmittance detection is diffi-cult with common method.A kind of new test and algorithm is reported in this paper.A metallographic microscope and an optical fiber spectrometer are mixed into a test system with lenses.The system is useful to quantitatively analyze the damaged micro-area and morphology.At the same time ,the transmittance spectra of the micro-area can be tested be-fore and after damage.These spectra are calculated to gain the transmittance.At last ,the damage threshold is obtained by spectrum transmittance.
Key words :microscopy ;spectrum transmittance ;micro-area test ;damage threshold ;optical glasses
1引言
激光广泛应用于医疗、工业加工和科学研究等光学玻璃作为激光应用过程中必不可少的元领域,
其抗激光损伤程度直接关系着激光的使用。器件,
在激光损伤光学玻璃上的研究,主要集中在损伤阈值、等离子体辐射、损伤形貌和热力效应等方面。而标志着传输光辐射能的强弱的光学透过率,作为损引起了广泛的关注。伤程度的判据之一,
CIE (国通常,光学透过率用光谱透过率表征,际照明协会)规定透过率,需用特定色温下的白光作为光源,测量可见光区域内的光谱透过率总和
[1-3]
分方程获得积分球内样品定向半球透过率测量的表
[6]
达式。郑玉等人提出了利用单积分球和CCD 相机测试光纤器件透过率方案术
[8]
[7]
,王红平等人在互相
关原理的基础上提出一种光学系统透过率检测技
。这些技术或标准都基于以下前提,那就是测试样品的表面光滑和内部均匀,透过率区域大于或等于探测区域。
激光微小光斑损伤光学玻璃,具有材料表面的
[9-11]
,损伤区形貌不均匀变化和内部缺陷引起断裂
基金项目:国家“973”项目;国家科技攻关课题项目(No.
2007BA107A00-1)支持资助。
作者简介:谭勇(1975-),男,在读博士,讲师,主要从事非线
mail :laser95111@yahoo.性光学,光与物质相互作用方面的研究。E-com.cn
06-24收稿日期:2011-
。G.A.Zerlaut 和J.G.Symons 等研究者分别
[4-5]
利用单端口和双端口积分球检测放置在球壁端口处的样品的光学透过率
,Jeffrey Kessel 用有限差
1352域小等特征
[12-14]
激光与红外第41卷
,利用传统的方法测量其透过率,
的数值孔径为0.22。
未损伤区域远远大于损伤区域,其结果几乎看不出
不均匀性和小区域材质的透过率测损伤后的变化,量的难度上升
[15]
。因此,一种全面的、准确的透过
率测量必不可少。本文提出一种激光微小光斑损伤
玻璃的透过率测试新方法,并获得了激光毁伤光学玻璃的阈值。
2激光微小光斑损伤K9玻璃实验
激光微小光斑损伤K9玻璃装置如图1所示。电光调Q 的Nd
3+
?YAG 输出1.06μm 偏振光束,格
分束镜3将激光分为兰棱镜2对其进行能量调节,
一路为脉冲探测器探测脉冲信号(实验过程两路,
中泵浦电压不变,脉冲能量由格兰棱镜调谐,脉冲宽度为11.2ns ),一路为主光路,经200mm 焦距的凸透镜5会聚到样品K9玻璃(样品尺寸为Ф20mm ? 3mm ),并用能量计7测试聚焦镜后的脉冲能量。改变不同的脉冲能量,用1-on -1方式作用样品,得到不同能量密度的实验结果。另外,为了观测损伤形貌的操作方便,激光作用于样品前表面的几何中心。
图2
金相显微镜与光纤光谱仪组合测试系统
激光对光学玻璃的损伤区域只是在金相显微镜
视场中视场图像的一部分,将损伤区域面积记为A D ,视场中未损伤区域面积记为A n ,那么视场面积为:
A =A D +A n (1)为了测试损伤区域(A D )受到损伤后的透过率变化,必须先测试未损伤的光学玻璃的透射光谱,记为T 0(这里是光谱相对强度,等价于入射光通量);然后测试损伤后整个视场的透射光谱,记为T D ,那么T 0和T D 在某一波长处的差,就是激光毁伤对这一波长λi 的透过率损失,表达式为:
图1
Fig.1
激光损伤K9玻璃实验装置简图
experiment device of K9optical glasses damaged by laser
(2)ΔT (λi )=T 0(λi )-T D (λi )
假如进入光纤的(光谱)光通量在整个视场分布均匀,那么毁伤区域A D 对波长λi 的光通量损耗:
A
E loss (λi )=ΔT (λi )/T 0(λi )·D (3)
A
3
微区透过率测试实验装置、测试和计算方法金相显微镜主要用来观察金相组织,是专门用
于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。激光对玻璃的损伤,造成了损伤区域的额外光金相显微镜不但可以观察损伤区域的反射或散射,形貌特征,而且利用金相显微镜标尺,直接计算出损伤区域的大小及其在视场中的比例。金相显微镜视
取决于物镜的通光面积、放大倍数及数值场的大小,
孔径角。另一方面,计算机视频区域大小依靠CCD
探测器前端光阑大小,比如本文中的光阑大小是金相显微镜物镜视场的0.4倍。光纤光谱仪利用柔性
其收集光的能力主要由光纤的纤光纤收集待测光,
芯直径和数值孔径角决定。利用一组透镜将金相显
微镜和光纤光谱仪视场耦合,形成如图2所示的检物镜放测装置。金相显微镜型号Nikon Epiphot300,大倍数为20倍,出口孔径约为2mm ,数值孔径角是0.46;光纤光谱仪为ocean optics QE6500,多模光纤
()
相应地损伤区域在λi 时的透过率T h (λi ):
T (λi )=[1-E loss (λi )]? 100%(4)对于一个光谱段或全光谱的透过率,只需要将上式按波长积分:
T =∫[1-E loss (λi )]d λi ? 100%
(5)
这样的透过率也适宜于被激光辐照后的照相系统的透过率评价。当然,有时需要计量损伤样品透射光谱与入射光谱的透过率变化,即在式(2)中将玻璃未损伤的透过光谱T 0代换为未放置样品时的辐射光谱,式(5)的表述结果同样适用。另外,如果探测时按式(2)计算的结果,依据菲涅尔反射公式,K9光学玻璃的两个镜面反射损失光能量8%,则式(5)中的T 减去8%就是损伤样品透射前后的透过率,本文的组合测试透过率就按照这种方式计算,可
以避免测试过程中各个样品间的调试误差。4实验结果与分析
光学玻璃受到激光微小光斑作用后,测试其表
图3是激光脉冲能量密度分别面形貌和透射光谱,
22
K9光学为428.61mJ /mm和1184.57mJ /mm时,
玻璃的表面形貌和透射光谱。损伤前后的透射光谱
存在着明显的差异,根据第式(5)计算得到透过率,绘制随脉冲能量密度变化的透过率曲线如图4所
2
示。由透过率决定的损伤阈值为 370mJ /mm,略
低于金相显微镜观察的具有明显形貌损伤的阈值428.61mJ /mm2,也就是说,在损伤形貌不明显的情况下,激光已经影响了K9玻璃对光束的传输性能
。
图4
Fig.4
intensity /(mJ ·mm -2)
光学玻璃在不同激光脉冲能量密度下的微区透过率曲线
the micro-area spectrum transmittance of glasses damaged by laser
5结论
激光微小光斑损伤光学玻璃损伤区域非常小,
透过率检测存在着一定的困难,本文报道的微区透过率测试方法具有一定的可行性。利用金相显微镜能观测到损伤区域形貌和计量其面积大小的特点,采用透镜耦合的方式,将损伤区域的透射光谱传输给光纤光谱仪,得到激光损伤前后的透射光谱,计算单个波长的透过率和光谱透过率总和。此技术克服了传统方法将未损伤区域光谱透过率带入,降低实际损伤区域透过率的弊端,为微小面元透过率或反射率测试提供了新思路、新方法。参考文献:
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ISBN 9783900734886.1999,
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.激光技田丰贵.光学玻璃内透过率测试新方法[J ]2003,27(3):197-198.术,
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图3
光学玻璃的微区损伤形貌和损伤前后透射光谱
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(a )&(b )形貌损伤阈值428.61mJ /mm2,透过率T =89.0%
(c )&(d )1184.57mJ /mm2,透过率T =25.5%
Fig.3
Micro-area morphology and transmittance spectrum of K9glasses (a )&(b )the damage threshold 428.61mJ /mm2from morphology ,transmittance T =89.0%;(c )&(d )the pulse energy intensity
1184.57mJ /mm2,transmittance T =25.5%
damage in sapphire crystals [J ].Chinese Journal of La-sers ,1992,19(11):861-864.(in Chinese )
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范文三:激光损伤光学玻璃的微区透过率研究
激光损伤光学玻璃的微区透过率研究
第4l卷第12期
2011年12月
激光与红外
LASER&INFRARED
Vo1.41,No.12
December,2011
文章编号:1001—5078(2011)12—1351-04?光电技术与系统?
激光损伤光学玻璃的微区透过率研究
谭勇,蔡红星,张喜和,金光勇,张宇,高勋,刘丽炜
(长春理工大学理学院,吉林长春130022)
摘要:激光微小光斑损伤光学玻璃,其损伤区域的线径仅几百微米,用传统方法很难测试其
透过率.本文提出一种微区透过率测试方法和算法,用透镜将金相显微镜和光纤光谱仪耦合
成一套测试设备,该测试设备在定量分析损伤区域大小和形貌的同时,检测此区域损伤前后的
透射光谱曲线,并利用算法计算光谱透过率.最终,根据光谱透过率获得激光损伤光学玻璃的
阈值.
关键词:显微;光谱透过率;微区检测;损伤阈值;光学玻璃
中图分类号:0432文献标识
码:ADOI:10.3969/j.issn.1001—5078.2011.12.013
Micro—transmittancedetectionofopticglassesdamagedbylaser
he,JINGuang—yong,ZHANG TANYong,CAIHong—xing,ZHANGXi—
Yu,GAOXun,LIULi—wei
(AcademicofScience,ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun130022,China)
Abstract:Areaofopticalglassdamagedbylaserisonlyseveralhundredmicrons.Itstransmittancedetectionisdiffi—
cultwithcommonmethod.Akindofnewtestandalgorithmisreposedinthispaper.Ametallographicmicroscopeand
anopticalfiberspectrometeraremixedintoatestsystemwithlenses.Thesystemisusefultoquantitativelyanalyzethe
damagedmicro—areaandmorphology.Atthesametime,thetransmittancespectraofthemicro-areacanbetestedbe—
foreandafterdamage.Thesespectraarecalculatedtogainthetransmittance.Atlast,thedamagethresholdisobtained
byspectrumtransmittance.
Keywords:microscopy;spectrumtransmittance;micro—areatest;damaget
hreshold;opticalglasses
1引言
激光广泛应用于医疗,工业加工和科学研究等
领域,光学玻璃作为激光应用过程中必不可少的元
器件,其抗激光损伤程度直接关系着激光的使用.
在激光损伤光学玻璃上的研究,主要集中在损伤阈
值,等离子体辐射,损伤形貌和热力效应等方面.而
标志着传输光辐射能的强弱的光学透过率,作为损
伤程度的判据之一,引起了广泛的关注.
通常,光学透过率用光谱透过率表征,CIE(国
际照明协会)规定透过率,需用特定色温下的白光
作为光源,测量可见光区域内的光谱透过率总
和?-3j.G.A.Zedaut和J.G.Symons等研究者分别
利用单端口和双端口积分球检测放置在球壁端口处
的样品的光学透过率-5],JeffreyKessel用有限差
分方程获得积分球内样品定向半球透过率测量的表
达式J.郑玉等人提出了利用单积分球和CCD相
机测试光纤器件透过率方案』,王红平等人在互相
关原理的基础上提出一种光学系统透过率检测技
术j.这些技术或标准都基于以下前提,那就是测
试样品的表面光滑和内部均匀,透过率区域大于或
等于探}贝0区域.
激光微小光斑损伤光学玻璃,具有材料表面的
形貌不均匀变化和内部缺陷引起断裂,损伤区
基金项目:国家”973”项目;国家科技攻关课题项目(No.
2007BA107A00—1)支持资助.
作者简介:谭勇(1975一),男,在读博士,讲师,主要从事非线
性光学,光与物质相互作用方面的研究.E-mail:laser9511l@yahoo.
corn.cn
收稿日期:20116_24
1352激光与红外第4l卷
域小等特征?H,利用传统的方法测量其透过率,
未损伤区域远远大于损伤区域,其结果几乎看不出
损伤后的变化,不均匀性和小区域材质的透过率测
量的难度上升?.因此,一种全面的,准确的透过
率测量必不可少.本文提出一种激光微小光斑损伤
玻璃的透过率测试新方法,并获得了激光毁伤光学
玻璃的阈值.
2激光微小光斑损伤K9玻璃实验
激光微小光斑损伤K9玻璃装置如图1所示.
电光调Q的Nd?:YAG输出1.06m偏振光束,格
兰棱镜2对其进行能量调节,分束镜3将激光分为
两路,一路为脉冲探测器探测脉冲信号(实验过程
中泵浦电压不变,脉冲能量由格兰棱镜调谐,脉冲宽
度为11.2ns),一路为主光路,经200mm焦距的凸
透镜5会聚到样品K9玻璃(样品尺寸为0ITlm×
3mm),并用能量计7测试聚焦镜后的脉冲能量.
改变不同的脉冲能量,用1一on一1方式作用样品,
得到不同能量密度的实验结果.另外,为了观测损
伤形貌的操作方便,激光作用于样品前表面的几何
中心
图1激光损伤K9玻璃买验装置简图
Fig.1experimentdeviceofK9opticalglassesdamagedbylaser
3微区透过率测试实验装置,测试和计算方法
金相显微镜主要用来观察金相组织,是专门用
于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微
镜.激光对玻璃的损伤,造成了损伤区域的额外光
反射或散射,金相显微镜不但可以观察损伤区域的
形貌特征,而且利用金相显微镜标尺,直接计算出损
伤区域的大小及其在视场中的比例.金相显微镜视
场的大小,取决于物镜的通光面积,放大倍数及数值
孔径角.另一方面,计算机视频区域大小依靠CCD
探测器前端光阑大小,比如本文中的光阑大小是金
相显微镜物镜视场的0.4倍.光纤光谱仪利用柔性
光纤收集待测光,其收集光的能力主要由光纤的纤
芯直径和数值孔径角决定.利用一组透镜将金相显
微镜和光纤光谱仪视场耦合,形成如图2所示的检
测装置.金相显微镜型号NikonEpiphot300,物镜放
大倍数为20倍,出口孔径约为2mm,数值孔径角是
0.46;光纤光谱仪为oceanopticsQE6500,多模光纤
的数值孔径为0.22.
[::]opteicctarlmfeitbeerr
1
矗r
:
l
:
I
:
I
:
l
:
I
:
I
图2金相显微镜与光纤光谱仪组合测试系统
激光对光学玻璃的损伤区域只是在金相显微镜
视场中视场图像的一部分,将损伤区域面积记为A.,
视场中未损伤区域面积记为A,那么视场面积为:
A=『J+(1)
为了测试损伤区域(A.)受到损伤后的透过率
变化,必须先测试未损伤的光学玻璃的透射光谱,记
为(这里是光谱相对强度,等价于入射光通量);
然后测试损伤后整个视场的透射光谱,记为,那
么和在某一波长处的差,就是激光毁伤对这
一
波长A的透过率损失,表达式为:
AT(A)=(A)一(A)(2)
假如进入光纤的(光谱)光通量在整个视场分
布均匀,那么毁伤区域A对波长A的光通量损耗:
IA,
l.(A)=?(A)/c(A)?I(3),n,
相应地损伤区域在A时的透过率Th(A):
(A):[1一.(A)]×100%(4)
对于一个光谱段或全光谱的透过率,只需要将
上式按波长积分:
T=j[1一E1.(Ai)]dA×100%(5)
这样的透过率也适宜于被激光辐照后的照相系
统的透过率评价.当然,有时需要计量损伤样品透
射光谱与入射光谱的透过率变化,即在式(2)中将
玻璃未损伤的透过光谱代换为未放置样品时的
辐射光谱,式(5)的表述结果同样适用.另外,如果
探测时按式(2)计算的结果,依据菲涅尔反射公式,
K9光学玻璃的两个镜面反射损失光能量8%,则式
(5)中的减去8%就是损伤样品透射前后的透过
率,本文的组合测试透过率就按照这种方式计算,可
激光与红外N0.122011谭勇等激光损伤光学玻璃的微区透过率研究
1353
以避免测试过程中各个样品间的调试误差.
4实验结果与分析
光学玻璃受到激光微小光斑作用后,测试其表
面形貌和透射光谱,图3是激光脉冲能量密度分别
为428.61mJ/mm和1184.57mJ/rnm时,K9光学
玻璃的表面形貌和透射光谱.损伤前后的透射光谱
存在着明显的差异,根据第式(5)计算得到透过率,
绘制随脉冲能量密度变化的透过率曲线如图4所
示.由透过率决定的损伤阈值为一370mJ/mm,略
低于金相显微镜观察的具有明显形貌损伤的阈值
428.61mJ/ram,也就是说,在损伤形貌不明显的情
况下,激光已经影响了K9玻璃对光束的传输性能.
一1.O
0.8
轰0_6
黑0.4
暑0.2
0.0
l
黑
{
20040080080010o0
wavelength/nm
(b)
20040080080010o0
wavelength/nm
(d)
图3光学玻璃的微区损伤形貌和损伤前后透射光谱
(a)&(h)形貌损伤阈值428.61mJ/m?,透过率T=89.0%
(C)&(d)1184.57mJ/mm,透过率T=25.5%
Fig.3Micro-areamorphologyandtransmittancespectrumofK9glasses
(a)&(b)thedamagethreshold428.61mJ/ramfrommorphology,
transmittanceT=89.O%;(C)&(d)thepulseenergyintensity
1184.57mJ/ram.trailsmittaneeT=25.5%
intensity/(mJ?mtnI2,
图4光学玻璃在不同激光脉冲能量密度下的微区透过率曲线
Fig.4themicro—areaspectrumtransmittance
ofglassesdamagedbylaser
5结论
激光微小光斑损伤光学玻璃损伤区域非常小,
透过率检测存在着一定的困难,本文报道的微区透
过率测试方法具有一定的可行性.利用金相显微镜
能观测到损伤区域形貌和计量其面积大小的特点,
采用透镜耦合的方式,将损伤区域的透射光谱传输
给光纤光谱仪,得到激光损伤前后的透射光谱,计算
单个波长的透过率和光谱透过率总和.此技术克服
了传统方法将未损伤区域光谱透过率带人,降低实
际损伤区域透过率的弊端,为微小面元透过率或反
射率测试提供了新思路,新方法.
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范文四:【doc】光学玻璃内透过率测试新方法
光学玻璃内透过率测试新方法
第27卷第3期
2003年6月
激光技术
LASERTECHNOLOGY
Vo1.27.No.3
June,2003
文章编号:1001.3806(2003)03.0197.02
光学玻璃内透过率测试新方法
田丰贵
(成都光明光电信息材料有限公司,成都,610051)
摘要:叙述了采用双样品,分别单独测试和计算光学玻璃内透过率的一种新方法.
重点叙述了计算公式的理
论推导,并简要说明了目前采用方法的优缺点.
关键词:内透过率;郎伯定律;双样品双光束;双样品单光束
中图分类号:0435文献标识码:A
Anewmethodtomeasureinternaltransmittanceofopticalglass TianFenggui
(ChengduGuangmingOptoeleetronicInformationMaterialCo.Ltd,Chengdu,610051)
Abstract:ThenewmethodistOtestandcalculateinternaltransmittanceofopticalglasswitht
wosamples.Thepaper
focusesontheoreticalinferenceofthecalculatingformulaandbrieflyillustratestheadvantag
esanddisadvantagesofthe
method.
Keywords:internaltransmittance;Lambertlaw;twosamples;singlebeam 引言
所谓内透过率是指光学玻璃在"去掉"其表面反
射损失时的透过率.如何"去掉"表面反射损失,在 实际测量中目前主要有两种方法,第1种方法是:采 用单样品测试计算法,即先用分光光度计测出样品 在某一波长处的一般透过率,然后利用下式计 算出内透过率:
=
/(1)
式中,P^=2n^/(+1)被称为反射损失系数.这 种方法是最早采用的测试方法.第2种方法就是目 前国标GB7962.12—87规定的方法…1. 无色光学玻璃在可见区和近红外区的内透过率 是非常高的,可以达到99.6%,99.8%(以样品厚 度10mm为例),高质量的光学玻璃甚至可以达到 99.9%,也就是说玻璃内部的吸收是非常小的.光 学玻璃的一般透过率之所以较低(比如,K9最高不 超过92%,ZF14最高不会超过82%),主要是两个 表面的反射损失较大造成的,并且玻璃的折射率越 高,其反射损失越大.但随着镀膜技术的发展和提 高,采用表面镀增透膜的方法已经使这一问题得到 作者简介:田丰贵,男,1953年1月出生.研究员级高 级工程师.现从事光学材料测试技术的研究. 收稿日期:2001.09.17;收到修改稿日期:2002.10.14
了解决.因此,现在光学设计对光学玻璃的内透过 率十分重视,特别是像神光?,光刻机等,在这些光 学系统中使用的光学材料,要求其内透过率是非常 高的.因此,必须不断研究,采用科学合理的方法, 准确测量其内透过率.
1现行内透过率测试方法的优缺点
1.1单样品测试计算法
该方法的优点是简单易行,对仪器要求不高(单 光束仪器即可),对样品加工要求低,单件加工,达到 光洁度B=IV,平面度N=3,AN=0.5,平行度? 2即可.其缺点主要有:(1)计算内透过率必须知道 才能计算出,从而也才能计算出,因此,该
方法不能测试和计算任意波长的内透过率;(2)由于 计算内透过率涉及和,两者都存在一定的测 试误差,因此,计算出的内透过率值误差较大. 1.2国标GB7962.12.87
该方法是一种采用双样品双光束直接抵扣反射 损失的理论方法,优点是可以直接测量任意波长的 内透过率,并且不需要知道.其缺点主要有:(1) 对仪器要求高,必须是高精度的双光束分光光度计, 并且透过率测试精度要优于?0.1%;(2)样品加工 十分困难,要使厚度不同的两块样品的表面加工质 量完全一致,在实际加工中是很难实现的,而该方法
198激光技术2003年6月
恰恰就是建立在两块样品表面质量完全一致的理论 基础上的,否则该方法在理论上就是不成立的;(3) 即使样品加工达到了要求,由于无色光学玻璃的内 透过率可以达到99.6%,99.9%,已经达到了仪器 的满量程,这种满量程的测试值很难说它是准确的. 2内透过率测试新方法
该方法是一种双样品单光束测试计算法,下面 就计算公式的推导,具体测试方法及该方法的主要 优缺点等作简要介绍.
2.1计算公式的推导
根据(1)式和郎伯定律【】:
Z-td2=Z'
2dl(2)
式中,dl,d2为样品厚度,dl>d2;rl为样品厚度为 dl时的内透过率;r2为样品厚度为d2时的内透过 率.
假设已测得两个样品在某一波长的一般透过率 分别为Tl^和T2,根据(1)式,则有:rl=Tll/Pa, Z"2^T2^/fao
利用(2)式,将rl和Z'2k都换算成样品厚度为d 时的内透过率,则有:
l=rl=(Tl^/)d(3)
2=Z"2=(T2/)(4)
由(3)式除以(4)式得:
(dl-d2)=(Tl/T2)d
即:=(Tl/T2)d/(dl-d2)(5) 如果dl—d2=d,则(5)式变为:
=Tt^/T2a(6)
(5)式,(6)式就是笔者推导出的理论计算公式. 2.2仪器
单光束或双光束分光光度计,透过率测试精度: 优于?0.3%.
2.3样品要求
与国标GB9962.12—87要求基本相同.但厚度 控制精度可以放宽,只要保证两样品的厚度有足够 的差值即可.根据仪器样品夹的大小,可以将dl 定为仪器样品夹所能夹持的最大厚度,d2有3mm ,
5mm厚即可.适当增大dl—d2的值,以避免 Tl与T2的值太接近,增大测试误差.
2.4测试与计算
(1)在仪器预热和自校完毕后,调准仪器的0% 和100%,然后,将样品放入样品夹并选定测试波长, 分别测定出Tl和T2;(2)用千分尺测定dl和d2; (3)将Tl,T2,dl,d2代入(5)式,即可计算出厚度 为d时的内透过率值=(Tl/T2)a/(at—d2),如 果dl—d2刚好就是指定的测试厚度,其结果就等 于=Tl】/T2】.
3结论
根据以上叙述可以看出,该方法不仅克服了单 样品测试计算法不能测试任意波长内透过率的缺 点,而且也克服了双样品双光束直接测量中满量程 测试不准的缺点.该方法通过两次应用郎伯定律, 巧妙地去掉了表面反射损失系数,从而导出了 (5)式和(6)式,从公式可以看出,只需测定出两个样 品的一般透过率Tl和T2,和样品厚度dl和d2, 代入公式,即可计算出所需厚度(等于两个被测样品 厚度之差)的内透过率.因此,该方法不仅体现了现 行两种方法的优点,而且克服了各自的缺点,是一种 易于有效实施的方法.
参考文献
[1]卿尚平,杨有金.无色光学玻璃测试方法.北京:中国标准出版
社.1989:44,45.
[2]田丰贵.激光技术.1987.11(2):42--46.
范文五:激光损伤光学玻璃的光谱透过率检测
第 0”132 01’( 11甥‰盛,蒜,:I 蠡。。i盘一。s“is
激光损伤光学玻璃的光谱透过率检测
张宇,谭勇’,纂红星,张喜和
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幔册透吐牢洲毓册难度j(?’。奉支捉??种证?Um锐
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域f^、攒伤挫胜干?攒怕目l?, 0i协 FIE 2、kh?《m曲lc曲?rda 雠5血ma删
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20《*日?“ ?I,*”日? -20If,ogvah?(?1 ctl镕}mn:m r o_:三‘ K#月I^{m}々n?K 4j wmlt《《^ (wlf瑚划,II-m
光谱学与光谱分析第30卷 伤前后的透射光谱见图3,那么其透过率为损伤后的光谱面 记录特征,准确的找到光斑形貌和在视场内的相对大小,再
利用光纤光谱仪采集光谱,并计算出光谱透过率。此技术克 积积分与损伤前的光谱面积积分之比的0(249倍,计算得到 服r其他方法多计量未毁伤区带来的较大误差,为微小面K9玻璃损伤后透过率为79(2,。 元
聚焦光斑损伤的玻璃透过率测试,金相显微镜与光纤光 透过率或反射率测试提供了新思路、新方法。
谱仪组合测试系统是一种可行的手段,利用金相显微镜视场
参 考 文 献 [1]胡建平,张问辉,段利华,等(光学与光电技术,2006(4:
49( [2]韩敬华,等(物理学报。2008,57(9):5558(
GTE[3]Zerlaut A,Anderson Appl(Opt(。1981,20:3797( EMG,Christie J A,Peck[43 K(Appl(Opt(,1982,21:2827( SymonsKesseL Is]Jeffrey Appl(Opt(,1986,25:2752(
Transmittance Detection of Glasses Laser Optic Damaged by
ZHANG Yu,TAN Xi-11eYong’,CAI Hong-xing,ZHANG
of of Scienceand130022,ChinaDepartment Physics,Changchun Technology,Changchun University
of is transmittance is difficult with AbstractArealaserseveral hundred microns(Its detectiononly optical glasses damaged by
and common method(Test of fiber was forward with a new systemmetallographic microscopeoptical spectrometer put method( After the size of was incidence transmittance were last tested,the damage glasses spectra gained(At spectrum
was calculated (transmitance Keywords Spectrum transmittance;Optical glasses;Metallographic test;Laser damage
(Received JuL 10,2010;accepted Aug(20,2010) author*Corresponding
转载请注明出处范文大全网 » 光学玻璃内透过率测试新方法