随着激光技术的发展,光纤连续激光、脉冲串激光、高重频准连续激光等高功率激光在加工行业越来越重要,其应用领域越来越宽,然而是否能够准确地测量出靶材的激光损伤阈值始终是激光与物质相互作用领域的主要研究内容之一。因此本文开展了基于散射光的激光损伤阈值在线监测技术研究,具体如下:理论方面,基于控制传热学、几何光学的理论,利用COMSOL软件建立二维和三维数值计算模型,以铝靶材为例,计算分析了激光诱导靶材表面引起形变与激光损伤阈值的关系,得出了中心温升曲线,并分析了激光辐照不同时刻靶材表面二维温度场分布情况和损伤形貌变化关系,靶材表面微小形貌变化引起照明光反射、散射光激光随作用时间的演化过程。计算得出当激光作用30μs、300μs和1ms时,在45°探测情况下,照明光的散射光二维追迹结果与靶材三维烧蚀孔形貌的关系,结果表明,当照明光经烧蚀孔散射,散射光的光线分布出现明显改变。最后得出烧蚀孔深度分别在0.1mm-1mm时,光分布逐渐发散,并在1mm时减弱至最小。系统设计方面,针对反射光斑的检测要求进行激光损伤阈值在线监测系统的设计和系统静态测试分析。包括系统总体设计、硬件设计(光学与电学设计)与软件设计。光学设计包括损伤用激光器的扩束准直聚焦系统、照明光准直系统等。电路系统设计包括光电探测器光电转换电路、弱信号前置放大器、滤波电路、和差运算电路和除法运算电路等,并对信号进行了模拟/数字变换。为满足对照明光散射光场分布变化的高灵敏度响应,创新性的使用PIN四象限光电二极管作为光电探测器。系统软件部分的设计核心思想是基于光斑偏移阈值和象限幅值阈值的判断理念来进行设计的,包括仪器控制、计算处理、系统校准及激光器急停四部分。监测系统校准后,对铝靶材烧蚀形貌结果进行静态测试分析,验证了系统整体可行性测试。实验方面,搭建了连续激光作用下激光烧蚀动态阈值监测实验,通过改变作用激光功率,以150W、200W、250W、300W作为典型测试值。研究分析了连续激光作用下,靶材表面熔池变化情况与监测数据之间的联系。重点对靶材损伤和靶材熔融阈值两种情况进行了实验研究。利用论文所设计装置可对激光加工中激光的功率和作用的时间做出合理选择。