[发明专利]大口径光学元件表面缺陷的检测分类方法及装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及光学材料缺陷探测领域，具体是一种大口径光学元件表面缺陷的检测分类方法及装置。

背景技术

对很多光学材料而言，例如常用于强激光系统中的熔融石英玻璃和KDP晶体等，在材料的加工过程中，如切割、研磨、抛光等，不可避免的会引入表面及亚表面缺陷和污染，因此其表面及亚表面的光学质量往往比相关材料的本征特性差得很多，从而使得相关元件的表面及亚表面在很多应用中成为限制元件性能的瓶颈，比如在强激光系统中成为最容易被激光损伤的薄弱环节。

对于光学材料的表面及亚表面缺陷而言，通常可以分为吸收缺陷和非吸收缺陷：吸收缺陷通过对光能量的吸收引起缺陷区域材料光学性质的变化，从而改变透过的光束性质的变化；而非吸收缺陷，会引起光束的散射等；不同的缺陷对光学系统的影响是不一样的，对以上缺陷能够进行快速检测分类，对提高光学材料的性能、并在此基础上提升整个光学系统的性能有着重要的意义。

而目前常用的一些缺陷检测方法，如高分辨散射测量方法，高分辨荧光测量方法，原子力显微镜，扫描隧道显微镜，近场光学显微镜，以及高分辨光声显微镜，以及各类高分辨光热显微镜等，只对某一类缺陷能够进行有效的检测：高分辨散射测量方法主要对由于光学折射率或者面形缺陷引起的不均匀性敏感，难以用于吸收缺陷的分析。高分辨荧光测量方法可以较好的探测光学吸收缺陷，但是对于非吸收缺陷并不敏感。光声及各种光热显微方法可以对吸收缺陷进行有效检测，但是对非吸收缺陷无法适用。而原子力显微镜，扫描隧道显微镜，近场光学显微镜等高分辨手段主要探测的是大口径光学元件表面形貌及光学折射率的不均匀性，对光学吸收缺陷一般并不敏感。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大口径光学元件表面缺陷的检测分类方法及装置，利用一束较强激光和一束较弱的照明光束照射大口径光学元件，较强激光与吸收缺陷相作用激发产生荧光，较弱光与非吸收缺陷相作用引起光束的散射，通过对荧光和散射光的分别检测来获得大口径光学元件上吸收缺陷和非吸收缺陷的信息，实现对不同缺陷的分类检测，由于采用内全反射式的照明方式，对大口径光学元件内部多个区域同时进行照明检测，提高了检测效率。

本发明的技术方案为：

大口径光学元件表面缺陷的检测分类方法，包括以下步骤：

（1）、将强照明光束从大口径光学元件的入射侧面入射到大口径光学元件内部，并在大口径光学元件内部传输直至入射到大口径光学元件的表面，入射到大口径光学元件表面处的强照明光束相对大口径光学元件表面的入射角满足光学全反射条件，从而使强照明光束在大口径光学元件内部前、后表面之间进行多次全反射,对强照明光束经过的表面区域都实现了照明，直至经过大口径光学元件的前表面或后表面反射后从大口径光学元件的出射侧面出射；

（2）、将弱照明光束从大口径光学元件的入射侧面入射到大口径光学元件内部，并在大口径光学元件内部传输直至入射到大口径光学元件的表面，入射到大口径光学元件表面处的弱照明光束相对大口径光学元件表面的入射角满足光学全反射条件，从而使弱照明光束在大口径光学元件内部前、后表面之间进行多次全反射,对弱照明光束经过的表面区域都实现了照明，直至经过大口径光学元件的前表面或后表面反射后从大口径光学元件的出射侧面出射；

（3）、相对大口径光学元件表面设置一套或多套成像检测系统；当大口径光学元件表面及亚表面的强光束照明区域存在缺陷时，将引起强照明光束与吸收缺陷相互作用，激发产生荧光，吸收缺陷区域激发的荧光进入成像检测系统，获得吸收缺陷区域的暗场图像；

（4）、当大口径光学元件表面及亚表面的弱光束照明区域存在缺陷时，将引起弱照明光束与非吸收缺陷相互作用，引起弱照明光束的散射，或者弱照明光束在非吸收缺陷区域不满足全反射条件，一部分弱照明光束将通过折射从大口径光学元件的表面出射，非吸收缺陷引起的散射光和折射光进入成像检测系统，获得非吸收缺陷区域的暗场图像。 

所述的强照明光束或弱照明光束对大口径光学元件前后表面的进行完全照明，其实现方式为：

a、通过整形处理使强照明光束或弱照明光束以一定角度入射到大口径光学元件的内部，且强照明光束或弱照明光束完全覆盖入射侧面，然后入射到大口径光学元件内部的强照明光束或弱照明光束在大口径光学元件前后表面之间进行多次全反射直至从出射侧面出射；