2.2.激光對(duì)焦方法

利用上述的激光對(duì)焦光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光對(duì)焦定位，具體包括以下步驟。

( 1) 形成等離子體亮點(diǎn)。激光器輸出的激光束通過(guò)激光衰減片，再垂直入射到會(huì)聚透鏡上，形成激光焦點(diǎn); 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，焦點(diǎn)激光功率密度 為0.18 *1012W/m2，該功率密度下，焦點(diǎn)處的空氣被電離產(chǎn)生肉眼可觀察的等離子體亮點(diǎn)。

( 2) 形成亮點(diǎn)鏡像。如圖 5 所示，將待測(cè)光學(xué)材料固定在平移臺(tái)上，平移臺(tái) z 軸與會(huì)聚透鏡的光軸平行，此時(shí)材料表面垂直于激光束的傳播光路; 平移臺(tái)x 軸和y軸，使材料表面對(duì)準(zhǔn)等離子體亮點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)平移臺(tái) z 軸，使光學(xué)材料表面逐漸靠近等離子體亮點(diǎn)，直至等離子體亮點(diǎn)能在材料表面形成清晰的鏡像，調(diào)整過(guò)程中不要使材料表面接觸等離子體亮點(diǎn)，以免發(fā)生激光燒蝕，間隔的距離以恰好能清晰觀察到亮點(diǎn)鏡像為準(zhǔn)。

（3）采集輸出圖像。根據(jù) CCD 顯微鏡的輸出圖像調(diào)整顯微鏡平移臺(tái)，使顯微鏡首先對(duì)焦點(diǎn)處的等離子體亮點(diǎn)清晰成像，進(jìn)一步使材料表面靠近等離子體亮點(diǎn)，以保證等離子體亮點(diǎn)和亮點(diǎn)鏡像均進(jìn)入顯微鏡視場(chǎng); 帶顯微鏡頭的CCD相機(jī)的布置及相機(jī)平移臺(tái)的調(diào)節(jié)過(guò)程均要求顯微鏡頭不能接觸光學(xué)材料，也不能阻擋激光束。

（4）調(diào)節(jié)亮點(diǎn)大小。通過(guò)調(diào)節(jié)激光器的輸出功率和/或激光衰減片系統(tǒng)以逐漸減弱等離子體亮點(diǎn)和亮點(diǎn)鏡像的亮度，直至等離子體亮點(diǎn)和亮點(diǎn)鏡像剛好能被CCD 相機(jī)探測(cè)到，此時(shí)通過(guò) CCD顯微成像系統(tǒng)觀察到的等離子體亮點(diǎn)和亮點(diǎn)鏡像最小，對(duì)應(yīng)激光焦點(diǎn)處的等離子體區(qū)域最小，此時(shí)通過(guò)等離子體亮點(diǎn)確定的焦點(diǎn)位置也最為精準(zhǔn)。

（5）最終定位。如圖5所示，根據(jù)鏡面成像原理，當(dāng)光學(xué)材料向等離子體亮點(diǎn)靠近時(shí)，亮點(diǎn)鏡像會(huì)以兩倍于材料的平移速率向等離子體亮點(diǎn)靠近，而材料表面則始終位于等離子體亮點(diǎn)和亮點(diǎn)鏡像連線的中心位置，直至從CCD顯微鏡中觀察到等離子體亮點(diǎn)和亮點(diǎn)鏡像完全重合，即完成光學(xué)材料在激光焦點(diǎn)處的定位操作。

3.結(jié) 論

設(shè)計(jì)提出了一種新的激光焦點(diǎn)對(duì)焦方法，并構(gòu)建了激光對(duì)焦光學(xué)系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。

（1）利用激光對(duì)空氣電離所發(fā)射的等離子體光線作為參照物進(jìn)行焦點(diǎn)定位，避免了材料剛接觸焦點(diǎn)區(qū)域邊緣即被激光電離而造成的定位誤差。

（2）相比利用激光對(duì)光學(xué)材料的電離效應(yīng)進(jìn)行定位的操作方式，激光對(duì)空氣的電離效應(yīng)進(jìn)行定位的方法，排除了因光學(xué)材料激光電離特性不同所帶來(lái)的定位差異性，換言之，本文中所述方法可適用于不同材質(zhì)光學(xué)材料的定位，且能夠達(dá)到相同的定位精度，一般僅要求光學(xué)材料表面平整光滑即可。

（3）通過(guò)CCD 顯微鏡可以從焦點(diǎn)區(qū)域的側(cè)面觀測(cè)到空氣電離區(qū)域的大小，利用鏡面成像原理即可方便地將待測(cè)光學(xué)材料表面定位在焦點(diǎn)區(qū)域的中心位置，操作簡(jiǎn)便"直觀，有利于進(jìn)一步提高定位精度。

總的來(lái)說(shuō)，本文中的激光焦點(diǎn)對(duì)焦方法具有精度高"結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單"制作方便"適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，定位方法不僅操作簡(jiǎn)便"定位精度高，而且人工因素干預(yù)較小"適應(yīng)范圍廣，對(duì)后續(xù)光學(xué)材料( 例如光學(xué)窗口玻璃"薄膜以及晶體材料等) 的損傷閾值測(cè)量及表面高精度加工具有重要意義。