激光對焦光學系統(tǒng)如圖 1 所示，包括激光器、激光衰減片、會聚透鏡、材料平移臺"CCD顯微成像系統(tǒng)。文中 實 驗 系 統(tǒng) 采 用 的 激 光 器 輸 出 波 長 為800nm，最大輸出平均功率為5w。光束質量 因子為1.2，較好的光束質量可以實現(xiàn)更小的聚焦光斑，從而提升焦點處的激光功率密度。圖2 為可調型激光衰減片系統(tǒng)，通過調節(jié)衰減量控制焦點處的激光功率密度。

測量光學玻璃材料的表面損傷閾值過程中，一般采用短焦距透鏡聚焦，使得焦點前后激光功率密度小于自聚焦效應閾值，提高測量的準確性; 另一方面，這種緊聚焦方式也可以防止激光首先損傷材料的后表面，因為激光在材料后表面附近由于干涉形成場增強效應，提高了局部的光場強度。利用短焦距和長焦距透鏡對激光的聚焦效果分別如圖 3和圖 4 所示，可見，短焦距透鏡一方面可以使聚焦光斑更小，另一方面焦點所占的區(qū)域也更小; 但同時激光束在焦點前后發(fā)散更大，這對材料表面在激光焦點的定位控制要求更高。在本實驗系統(tǒng)中，透鏡焦距為10mm，通過刀口法測量焦斑直徑( 1/ ) 為6u，從而計算得到焦點處激光功率密度達到0.18TW/cm2，該功率密度下，觀察到了明顯的空氣電離現(xiàn)象。

實際上，光束質量是影響焦斑大小從而影響焦點功率密度的最主要因素，其次才是激光功率，因為對衍射極限的激光束而言，理論上只要使用大數(shù)值孔徑的聚焦透鏡，就可以使焦點激光功率密度到達空氣電離的要求。

材料平移裝置為 3 維可調型移動設備，如圖 1所示。材料平移裝置 3 個維度分別是指材料平移臺y 軸和材料平移臺 x軸和材料平移臺 z 軸，其中使材料平移臺z軸平行于激光束的光路方向( 即會聚透鏡的光軸方向) ，材料平移臺 y軸和材料平移臺 x軸垂直于激光束的光路方向。將待測光學材料固定在平移臺上，使材料表面垂直于激光束。

激光束經(jīng)會聚透鏡聚焦，產(chǎn)生空氣電離形成等離子體亮點，該等離子體亮點通過光學材料表面形成一亮點鏡像，CCD 顯微成像系統(tǒng)同時采集等離子體亮點和亮點鏡像的圖像并實時輸出到圖像輸出設備。CCD顯微成像系統(tǒng)裝包括CCD 相機"顯微鏡頭"相機平移裝置和圖像輸出設備( 本方法的圖像輸出設備是指裝有圖像采集"處理系統(tǒng)的計算機，且該計算機帶有輸出圖像的顯示設備) 。顯微鏡頭的放大倍率為 4/ 倍，CCD相機安裝在相機平移裝置上，CCD相機通過數(shù)據(jù)線與圖像輸出設備相連接，CCD 相機拍攝的圖像畫面可通過圖像輸出設備的顯示器實時輸出。為保證整個CCD 顯微成像系統(tǒng)不會對光束傳播"材料平移及成像造成阻礙，顯微鏡頭的工作距離為30mm，顯微鏡頭的光軸與激光束的光軸夾角約為 45°。CCD顯微成像系統(tǒng)中的相機平移裝置( 如圖1 所示) 同樣為 3 維可調型移動設備，其中相機平移臺 z 軸控制顯微鏡頭與等離子體亮點的遠近，相機平移臺軸和相機平移臺x 軸所在的平面與會聚透鏡光軸的夾角約為45°。