[发明专利]一种大口径反射薄膜元件吸收型缺陷快速成像的方法

说明书

本发明公开了一种基于光热失调技术的大口径反射薄膜元件吸收型缺陷快速成像的方法，采用调制高功率激光经准直扩束形成大尺寸激励光斑后对反射薄膜元件进行照射加热，薄膜的吸收型缺陷在样品表面产生周期性调制温度分布并导致缺陷区域反射率或透过率发生周期性变化。采用另一束一定波长的低功率激光束经准直扩束形成大尺寸探测光斑后以一定入射角照射到反射薄膜元件被加热激光束照射的相同区域，其薄膜反射或透射的探测激光束光场分布经光学成像系统成像到CCD靶面记录。对CCD记录的光场强度图像进行分析确定被照射区域吸收型缺陷及其相应特征。本方法极大地提高了单次探测面积，使通过扫描实现大口径反射薄膜元件吸收型缺陷分布的快速检测成为可能。

技术领域

本发明涉及激光光学元件检测领域，特别涉及一种大口径反射薄膜元件吸收型缺陷的高分辨、快速、无损成像探测的方法。

背景技术

光吸收特性是衡量激光光学元件质量的一个重要指标。对于强激光系统而言，激光光学元件吸收损耗分布的表征与控制尤为重要，因为吸收会导致激光能量损失、局域温度上升、光束质量下降、甚至激光损伤的发生。在导致上述问题的诸多原因中，激光光学元件的吸收型缺陷是一个主要原因。而对于强激光系统而言，大口径反射薄膜元件被大量使用，它们的吸收型缺陷是最终导致强激光系统损伤的最主要因素和激光系统的限制性因素。

在表征反射薄膜元件吸收特性的诸多技术中，光热吸收测量系列技术具有无损、非接触、高空间分辨率(最高可达亚微米量级)、高灵敏度(弱吸收测量优于0.1ppm)等优点，已经成为反射薄膜元件吸收特性表征的一大主流无损检测手段。光热吸收测量系列技术包括激光量热技术、基于光热表面形变(热弹效应)的光热偏转技术、基于光热折射率变化(热光效应)的光热透镜技术、基于薄膜元件光谱带随温度漂移的光热失调技术等。以光热失调技术为例(详见中国专利申请号200710118694.4“一种测量光学薄膜吸收损耗的方法”)，其测量原理为：用一束聚焦的加热激光束照射反射薄膜元件，反射薄膜元件的光吸收以及热扩散会导致样品存在缺陷的一定区域内产生具有一定特征的温升分布，从而导致该区域的反射或透射光谱带发生一定漂移；用另一束探测激光照射该光谱带漂移的区域，其反射或透过的光强会发生变化，通过探测探测激光束的反射或透射光场变化来确定反射薄膜元件的光吸收特性。

然而，针对大口径反射薄膜元件(尺寸一般在100×100mm²以上)吸收特性空间分布成像的需求，上述基于聚焦激光激励、单点探测器测量的光热技术在逐点扫描模式下需要花费极长的时间才能完成覆盖全口径光学元件的成像：假设逐点扫描的步长为50μm，每个测量点需要1s的数据采集、处理、和移动到下一个测量点的时间(已经很快)，那么无间隔地完成一个400×400mm²的元件检测需要大约2年的时间，显然缺乏技术现实性；如果为了加快扫描速度而增大扫描步长、减少探测点数，那么这种成像检测对于大口径反射薄膜元件而言只能算是随机抽样，其缺陷探测的随机性将使得表征效果大打折扣。中国专利申请号201811470960.9“一种大口径光学元件表面吸收型缺陷分布快速成像的方法”提出了基于光热热透镜原理、采用大尺寸脉冲激励光斑和脉冲探测光斑和基于CCD面阵探测实现大口径光学元件的缺陷分布成像，但该方法的缺点是高能脉冲激光器成本高、光束质量差，并且对激励和探测脉冲激光束之间的延时控制精度高，一定程度上影响缺陷探测灵敏度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在保留传统光热技术高灵敏度、高空间分辨率的优点同时，利用大尺寸加热与检测光斑以及CCD的面阵探测能力，提高单次探测面积，使大口径反射薄膜元件吸收型缺陷分布的快速检测成为可行，并降低系统成本，简化测量光学系统构型和光路调节的复杂度和难度，实现微大口径反射薄膜元件微小吸收型缺陷的高灵敏检测和成像。

本发明的技术解决方案，其特征在于：一种大口径反射薄膜元件吸收型缺陷的快速成像方法：