激光热泵浦结合动态微干涉成像技术用于高质量熔石英光学表面吸收缺陷的高灵敏度空间分布表征

《Optics and Lasers in Engineering》：Detection of absorptive defects in high-quality fused silica optic surface with laser thermal pumping and improved dynamic micro-interferometric imaging

本文提出了一种结合激光热泵浦与动态微干涉成像（LTP-DMI）的新方法，实现了对高质量熔石英光学表面吸收缺陷的空间分辨表征。该方法利用阵列CCD探测，可在毫米级视场内实现缺陷分布成像，比传统光热技术具有更高效率与空间分辨率。研究验证了热致变形与光热吸收之间的一致性，建立了缺陷分布模型，为高功率激光系统中光学元件的损伤机制研究与缺陷控制提供了重要技术支撑。

　　

Highlight

本研究通过激光热泵浦动态微干涉成像系统（LTP-DMI），实现了对高质量熔石英表面吸收缺陷的高灵敏度、空间分辨表征。该系统整合了动态空间相移与偏振分辨全场采集技术，可在毫米级视场内实现缺陷分布成像，突破了传统单点探测技术的局限。

理论分析（Theory）

光学表面在激光辐照下的热弹性变形是一个多阶段过程：包括激光能量吸收、热传导、热应变产生、热应力形成，最终表现为可通过干涉条纹检测的变形。熔石英表面在辐照时，其本征或缺陷相关的吸收中心捕获入射光子能量并转化为热能，引发局部温升。该温度变化通过热传导方程描述，并进一步引起热膨胀与表面变形。

LTP-DMI结果与光热吸收的相关性（Correlation between LTP-DMI results and photothermal absorption）

为探究热致变形与光热弱吸收之间的关系，我们在四种不同铜离子注入剂量的样品上进行了LTP-DMI热变形测试。激光功率密度设置为50 W/mm2。结果显示，热变形值与光热吸收信号高度一致，证实了LTP-DMI在定量表征吸收缺陷方面的可靠性。

讨论（Discussion）

通过对四种不同表面处理样品进行LTP-DMI与光热吸收评价，并结合损伤密度验证，我们发现随着缺陷控制水平的提升，热致变形值显著降低。这一趋势与光热吸收和损伤性能的变化一致。通过原子力显微镜（AFM）与光热吸收结果的综合分析，我们进一步构建了缺陷分布模型，揭示了不同缺陷类型与分布对变形行为的显著影响。

结论（Conclusion）

本研究证明了LTP-DMI作为一种高灵敏度、高效率的技术，可用于高质量熔石英表面吸收缺陷的空间分辨表征。该技术克服了现有光热弱吸收技术效率低的局限，为吸收缺陷的非破坏性空间检测提供了更有效的解决方案。通过毫米级成像能力，LTP-DMI为光学元件在高功率激光系统中的可靠性评估提供了强有力的工具。