[发明专利]一种非接触测量光学晶体包边厚度的装置和方法

说明书

本发明公开了一种非接触测量光学晶体包边厚度的装置和方法，属于激光系统光学参数测量领域，平行光源发射的平行激光束入射至待测样品的包边和晶体内部，光线在包边和晶体内部沿直线传播，在界面处发生反射和散射，出射光经过物镜和目镜后，待测样品后表面光场分布成像至CCD相机，因界面处光线不能到达CCD相机，在像中对应的位置会出现暗区；CCD相机用于将采集的光场分布转化为图像，并传递给数据处理系统，数据处理系统计算出暗区到待测样品的包边边缘的长度，再根据成像系统放大比例，获得晶体包边厚度。本发明的非接触测量光学晶体包边厚度的装置和方法，结构简单、使用方便，快速直观，可弥补已有技术结构复杂和不能直接测量的不足。

技术领域

本发明属于激光系统光学参数测量领域，具体地说涉及一种非接触测量光学晶体包边厚度的装置和方法。

背景技术

在激光系统中，光学晶体包边厚度与晶体边缘温度分布密切相关，对输出激光光束质量影响极大。包边与晶体均为透明介质，采用键合工艺的形成的分界面，一般光学测量显微镜因难以观察到键合面而不能获得包边厚度大小。目前已知的非接触式晶体厚度测量方法主要有光学干涉法、激光共聚焦法等，这些方法一般利用晶体前后表面激光反射获得强度或相位信息，通过反演计算得到晶体厚度。此类方法测量光路结构复杂、检测速度缓慢，成本较高。另外，因使用需求，晶体包边上下表面的镜面反射性能较差，不适合采用上述方法测量其厚度。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种非接触测量光学晶体包边厚度的装置和方法，拟解决如何提供一种快速、直观、非接触测量光学晶体包边厚度装置，克服已有技术结构复杂和不能直接测量等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种非接触测量光学晶体包边厚度的装置，包括平行光源1、样品台2、物镜3、目镜4、CCD相机5和数据处理系统6；所述平行光源1、样品台2、物镜3、目镜4、CCD相机5从前往后依次设置；所述平行光源1用于输出平行激光束，平行激光束入射并穿透样品台2上固定的待测样品7；所述物镜3和目镜4用于将待测样品7后表面光场分布成像至CCD相机5；所述CCD相机5用于将采集的光场分布转化为图像，并传递给数据处理系统6计算出包边厚度信息。由上述结构可知，平行光源1用于提供大口径平行输出激光束，入射并穿透待测样品7，作为所述测量装置的探测光源；样品台2用于固定待测样品7，待测样品7调整角度和高度后，样品台2都可以固定住；物镜3和目镜4用于将待测样品7后表面光场分布成像至CCD相机5，物镜3和目镜4避免了光线衍射，使待测样品7后表面光场分布成像更清晰完整；CCD相机5将采集的光场分布转化为图像，并传递给数据处理系统6计算出包边厚度信息；数据处理系统6可以采用电脑等现有装置来实现处理计算，用于分析图像特征，获得包边厚度数据；整个过程：平行光源发射的平行激光束入射至待测样品的包边和晶体内部，光线在包边和晶体内部沿直线传播，在界面处发生反射和散射，出射光经过物镜和目镜后，待测样品后表面光场分布成像至CCD相机，因界面处光线不能到达CCD相机，在像中对应的位置会出现暗区；CCD相机用于将采集的光场分布转化为图像，并传递给数据处理系统，数据处理系统计算出暗区到待测样品的包边边缘的长度，再根据成像系统放大比例，获得晶体包边厚度。本发明的非接触测量光学晶体包边厚度的装置和方法，结构简单、使用方便，快速直观，可弥补已有技术结构复杂和不能直接测量的不足。本发明的光学晶体包边厚度测量装置，采用光学方法非接触方式测量，测试结果直观，测试组件定位精度要求低，操作使用方便，设备成本相对低廉。

进一步的，所述物镜3到待测样品7后表面的距离为物镜3焦距；物镜3和目镜4之间的距离为两透镜焦距之和；所述CCD相机5到目镜4的距离为目镜4焦距。由上述结构可知，CCD相机5能够采集待测样品后表面光场强度分布并转化为清晰图像。

进一步的，所述平行光源1输出的平行激光发散角小于10mrad，近场强度均匀性大于90％。由上述结构可知，待测样品后表面光场分布成像至CCD相机时，像中的暗区和亮区对比明显，确保获取数据的准确性。