1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 四川九洲电器集团有限责任公司, 四川 绵阳 621000
3 中国工程物理研究院等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621999
K9玻璃具有硬度高、 热稳定性好、 膨胀系数小以及较高的透过率等特性, 被广泛应用在高功率激光领域。 光学元件污染物诱导损伤问题成为限制高功率激光器发展的瓶颈之一, 深入研究光学元件的损伤机理对于控制损伤的形成具有重要意义。 为探究损伤机理, 利用光谱探测分析对Al2O3诱导K9玻璃激光损伤的机制进行了研究。 即采用EDS能谱探测技术对损伤前后损伤形貌及元素原子百分比变化进行探究, 进而了解损伤过程中发生的物理变化及烧蚀化学变化, 并结合LIBS技术对损伤过程中的电离过程进行诊断和讨论。 实现了对光学元件损伤原理的探究以及光学元件安全的实时监测。 研究结果表明, 在激光诱导污染物至K9玻璃损伤的过程中, Al2O3颗粒形貌发生变化, K9玻璃也有微形损伤坑的出现。 此外, Al2O3颗粒元素原子百分比含量由于颗粒的变形而发生改变, K9基底中含有的Na2O与氧气结合造成了O元素原子百分比含量升高, SiO2会发生气化-凝结成超细颗粒导致Si元素原子百分比的降低。 这些变化直接反映了在损伤过程中发生了高温熔融现象。 电离击穿过程可以采用LIBS进行检测, 得到在损伤过程中有等离子体闪光的特性。 对上述物理过程进行了建模仿真研究, 使用COMSOL模拟分析了在损伤过程中的热传导以及等离子体冲击波在基底内的传播特性。 研究表明在发生损伤的过程中颗粒的温度达到2 800 K高于自身的熔点(2 313 K), 同样, 基底的温度(2 500 K)也高于自身的熔点(1 673 K), 这直接引起相变, 并在后续激光辐照下产生等离子体, 等离子体的高压冲击等作用致使基底微型熔融损伤坑的出现。 模拟分析验证了LIBS技术和EDS能谱分析探究光学元件损伤机制的可行性和准确性, 该方法既可以用于损伤机理的分析, 还可以对高功率激光系统稳定运行实施监测。
激光损伤机理 激光诱导击穿光谱 能量色散光谱分析法 氧化铝颗粒 Laser damage mechanism Laser-induced breakdown spectroscopy Energy dispersive spectrometry Alumina particle 光谱学与光谱分析
2023, 43(4): 1234
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220821
1 四川大学 电子信息学院, 四川 成都 610064
2 电子科技大学 电子工程学院, 四川 成都 610054
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
为了定量客观地分析玻璃的体损伤形貌，运用基于改进的分水岭分割算法对其微观图像进行了分析处理，得到了损伤的范围和分类，同时结合激光等离子体冲击波与玻璃的相互作用机理对各个处理后图像的物理含义及其应用进行了分析。研究结果表明,图像的梯度图可以反映图像中裂纹的形状及其分布；滤波后的图像灰度可以反映损伤程度；目标区域的标记图可以标记损伤的区域；最终分割图像可以全面反映以上所有信息。根据图像分析结果可以定量计算出各个区域所占总面积的比例，即等离子通道区、熔蚀区、折射率变化区各约占总面积的15％，55％和30％。这说明激光能量先沉积到很小范围的等离子通道区，高温高压等离子体向外扩展形成大范围熔蚀区，随着距离的增大，冲击波压强迅速减小，形成折射率变化区。
激光诱导损伤 分水岭算法 标记控制 激光等离子体冲击波 laser induced damage watershed algorithm marker control laser plasma shock wave
1 西南科技大学 信息工程学院，绵阳 621002
2 西南技术物理研究所，成都 610041
3 四川大学 电子信息学院，成都 610064
为了解决光学膜厚监控系统中经锁相放大输出的监控信号精度较低、极值点附近变化不灵敏等问题，采用卡尔曼滤波(KF)对光学膜厚监控信号进行处理，建立了针对非线性光学监控系统的扩展KF模型，模型输出包括监控信号和导数信号。仿真分析首先利用TFCalc软件生成4层增透膜理想监控曲线，加入高斯噪声后，信噪比为15dB，通过卡尔曼滤波处理后监控信号信噪比改善达16dB且实时动态跟踪特性良好，延时小于1s；利用平均值滤波处理KF输出导数信号，提前预判读获取导数过零点对应膜厚。同时通过对比TFCalc理想监控曲线极值点坐标和预判导数信号过零点坐标，得到理论膜厚误差小于4nm。此项研究提高了膜厚检测的准确性。
薄膜 卡尔曼滤波 光学监控 信噪比 thin films Kalman filter optical monitor system signal-to-noise ratio(SNR)
1 四川大学 光电技术系，成都 610064
2 西南技术物理研究所，成都 610041
3 西南科技大学 信息工程学院，绵阳 621002
薄膜激光损伤的准确识别在测量激光损伤阈值的实验中起着至关重要的作用，ISO1125标准规定应采用显微镜观察的方法来识别薄膜损伤。为做到在线自动识别损伤，采用数字图像处理的方法，将小波变换与图像相关识别技术结合在一起，分析了如何利用小波变换来实现薄膜激光损伤识别的理论方法。结果表明，这种识别方法不仅有较高的识别精度，而且可以避免目前损伤测试工作中繁重的人工操作，对实现激光损伤阈值测试装置的自动化有着非常重要的意义。
薄膜 激光损伤 小波变换 图像相关识别 thin films laser damage wavelet transform pattern correlation recognition
1 四川大学电子信息学院,四川,成都,610064
2 西南技术物理研究所,四川,成都,610041
3 西南科技大学信息工程学院,四川,绵阳,621002
薄膜表面缺陷密度统计是改进薄膜表面质量的重要依据.阐述了基于遗传算法的二维最大熵分割算法的原理及实现步骤.采用这种算法对薄膜缺陷图像进行分割,对分割后的图像进行了薄膜缺陷密度的测量.实验结果表明,这种方法对薄膜表面缺陷提取简单且易于测量,为分析缺陷原因提高薄膜质量起到重要的指导作用.
光学薄膜 图像分割 遗传算法 二维最大熵 缺陷密度
1 西南科技大学信息工程学院,四川,绵阳,621002
2 西南技术物理研究所,四川,成都,610041
3 四川大学电子信息学院,四川,成都,610064
针对光学监控系统(OMS)实际工作环境的复杂性,导致监控信号中存在不稳定量测噪声,采用基于遗忘因子的自适应卡尔曼滤波(AKF)对光学膜厚监控信号进行去噪处理.建立了针对非线性OMS的AKF模型,仿真分析中针对存在突变信噪比(SNR)的输入信号设置相应AKF初始参数使滤波性能达到最优.结果表明自AKF输出监控信号精度明显优于常规卡尔曼滤波;同时利用AKF输出监控信号判读反射率极值点对应膜厚,最终理论膜厚监控误差＜2nm.
薄膜 自适应卡尔曼滤波(AKF) 光学监控系统 信噪比
1 西南技术物理研究所,四川,成都,610041
2 西南科技大学信息工程学院,四川,绵阳,621002
3 四川大学电子信息学院,四川,成都,610064
采用分布式控制(DCS)的方法,用小型可编程逻辑控制器(PLC)替代中型PLC,提出了镀膜真空的13个子过程概念,实现了基于国产部件的真空过程自动化.以国产光控为核心,采用组态软件和控制软件结合的方法,通过经典和现代滤波技术,实现了光控自动判停,采用监控信号变化率dR/dt来控制薄膜的蒸发束率,制作了相应的分光膜和宽带增透膜,在低成本前提下提高了光学薄膜监控的精度.
薄膜 镀膜机 光控
