针对氧化钇透明陶瓷在制备过程中产生的气孔、杂质等缺陷难以实现定量化无损检测、评估的问题,本研究团队提出了基于光热热透镜效应的扫描成像测量方法,建立了氧化钇透明陶瓷表面和体内不同区域的光热吸收信号与气孔、杂质等缺陷之间的关联。根据吸收幅值的统计分布特征,采用以E+3σ(E和σ分别为吸收的平均值和标准差)为阈值对扫描图像进行分割的方法来表征缺陷的分布。与光学显微镜观测等方法相比,该方法具有灵敏度高、可准确表征缺陷的吸收等优点,可以为缺陷对材料吸收特性和热学特性的影响提供评判依据,进一步为氧化钇透明陶瓷制备工艺的改进提供重要支撑。

衍射光栅是非常重要的色散元件, 在光谱分析领域中有着广泛的应用, 光栅光谱衍射效率的测量对于评估光栅性能和改进光栅制备工艺有着重要的作用。 在目前常见光栅光谱衍射效率的测量技术中, 由于存在两种需要重复数百次的机械运动, 因而光栅光谱衍射效率的测量速度比较缓慢, 如获取700～900 nm波段范围内的光谱衍射效率, 大约需要5～8 min的时间。 在之前的研究中, 报道了一种快速测量光栅光谱衍射效率的新方法, 新方法采用声光可调谐滤波器、 积分球探测器和高速数据采集系统, 可以完全消除现有测量方法中存在的两种耗时的机械运动, 由于测量过程中没有任何机械运动的参与, 新方法能在10 ms量级获得700～900 nm波段范围内的光谱衍射效率。 首先对光栅光谱衍射效率测量新方法的主要误差来源进行了系统分析, 发现新方法一个比较明显的误差来源是凸透镜的透过率与入射角相关; 然后结合光学模拟, 得到了激光光束以不同入射角度传播通过凸透镜时的透过率, 并提出了相应的误差校正方法; 最后结合实验测量数据, 我们对光栅光谱衍射效率新测量技术的误差校正方法进行了实验验证。 数据分析结果表明, 在550～750 nm波段范围内测得的光栅光谱衍射效率, 经过误差校正后, 新方法与传统测量方法之间绝对误差的平均值从校正前的0.207%降低到校正后的0.099%, 由于传统光栅光谱衍射效率测量方法的测量精度约为0.1%, 结果表明, 提出的误差校准方法能成功消除光栅光谱衍射效率新测量方法的主要误差来源。

为了快速准确测量磷酸二氢钾(KDP)晶体坯片的体缺陷, 提出了高速激光聚焦线扫描散射成像方法, 并建立了相应的测量系统。研究了该系统的测量原理和图像采集、图像处理和体缺陷信息提取方法。基于激光散射技术, 结合高速运动装置对晶体坯片内部进行三维扫描, 用线阵CCD探测器接收气泡、包裹物等体缺陷产生的散射光。然后利用折射率匹配液消除粗糙表面带来的不利影响。最后结合数字图像处理技术, 对采集的图像进行实时处理。通过去除背景后与设定阈值比较得到具有体缺陷特征的图像, 再对其进行二值化处理, 提取得到体缺陷的位置和尺寸信息。利用该检测装置对KDP晶体坯片体缺陷进行了测量, 结果显示其检测分辨率优于40 μm, 能够为晶体坯片的精确切割和最大程度的利用提供依据, 从而节省了大量成本。

实验研究了在不同波长、不同脉宽激光作用下,光学薄膜破坏的重复率效应并结合理论分析和在破坏过程中的光热监测,探讨了光学薄膜累积破坏的机理。

本文给出了透明基体上的单层薄膜在激光辐照下的温度分布和光热形变偏转信号的理论表达式。通过数值计算,分析了偏转信号与薄膜参数、基体参数以及调制频率之间的关系,用反射式光热偏转装置对光学薄膜的光热偏转信号进行了实验研究。结果表明,理论计算和实验结果是一致的。

光热位移偏转技术结合横向光热偏转技术可用于研究薄膜样品的热膨胀系数.本文以SiO2、TiO2、ZrO2、MgF2、ThF4等单层光学薄膜为例.报道相关的实验方法及实验结果.

本文首次把调制与脉冲光热偏转技术同时置于激光损伤测试装置之中,用以进行光学薄膜激光损伤的实时研究.初步实验结果表明,该方法不仅有助于确定损伤阀值,也有助于分析损伤形貌和损伤过程,包括样品损伤前的行为及样品在重复频率激光作用下损伤的累积效应.

用具有高灵敏的共线光热偏转技术研究SiO2、ZrO2、MgF2、ZnS等单层光学薄膜的吸收特性,测得它们的吸收率.实验结果与激光量热法及横向光热偏转技术符合良好,表明共线光热偏转技术是测量光学薄膜弱吸收的较理想方法.

以TiO2/SiO2及ZrO2/SiO2多层介质膜为例,测试了不同工艺条件及不同膜系结构下薄膜样品的光学损耗及激光损伤阈值,同时对实验结果作了初步的分析讨论.

本文基于光热偏转技术中光热信号相对泵浦光束中心对称的特性,提出一种精密调节多路激光束共轴性的新方法,精度达±2μm.